WO2020047568A1 - Stator für eine elektrische maschine - Google Patents

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WO2020047568A1
WO2020047568A1 PCT/AT2019/060275 AT2019060275W WO2020047568A1 WO 2020047568 A1 WO2020047568 A1 WO 2020047568A1 AT 2019060275 W AT2019060275 W AT 2019060275W WO 2020047568 A1 WO2020047568 A1 WO 2020047568A1
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twa
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Andreas EILENBERGER
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Miba Emobility GmbH
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to a stator for an electrical machine and an electrical machine equipped with a sol stator.
  • Stators known from the prior art for electrical machines typically comprise a hollow laminar core, in the grooves of which the electrical stator winding is received.
  • the stator winding can be composed of a plurality of rod-shaped conductor sections or electrical shaped rods.
  • the current path of the conductor sections connected in series runs in a meandering manner at least over a partial section of the circular circumference of the laminated core.
  • These windings can also be called Wel lenwicklonne.
  • Such wave windings are relatively inflexible in terms of their connection options.
  • a stator for an electric external rotor radial flux machine is known.
  • This stator has a multi-phase stator winding made of flexible winding wire, the winding wire being wound on the individual stator teeth or on the so-called pole pieces of the laminated core and forming a large number of individual coils. These individual coils can also be referred to as toothed coil windings.
  • Such a stator is only conditionally suitable for achieving high-volume production numbers.
  • the winding diagram shown is not very flexible with regard to its connection options.
  • the object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved stator which offers great flexibility with regard to its wiring options and can be produced in large quantities as inexpensively as possible.
  • a stator according to the invention for an electrical machine comprises
  • an essentially hollow cylindrical laminated core with a first and a second axial end and with a plurality of receptacles arranged distributed along a circumferential direction of the laminated core and extending along a longitudinal axis of the laminated core,
  • stator winding has a plurality of layers of conductor sections which are directly adjacent in the radial direction to the longitudinal axis of the laminated core,
  • the stator winding comprises at least two electrical partial windings per phase winding or winding strand, which partial windings are formed by several series-connected Lei terabitese, wherein first and second electrical connections sab sections between electrical series-connected conductor sections the first and the second axial front end of the Sheet metal packages are assigned, and two sections connected in series define a pair of molded bars.
  • the at least two partial electrical windings are each formed by at least a first and a second electrically connected winding segment, with conductor sections of the first winding segment being electrically connected to one another by means of the first and second electrical connection sections such that a helical current path along one first radial direction to the longitudinal axis of the laminated core is defi ned and sections of the second winding segment by means of the first and second electrical connections are interconnected such that a second helical current path is defined along an opposite, second radial direction to the longitudinal axis of the laminated core.
  • the stator according to the invention is characterized by its great flexibility with regard to the switching options, for example with regard to the possible number of parallel branches or partial windings, with regard to the possibilities of the partial windings and with regard to the number of conductors in the receiving grooves. It is also an advantage that the specified winding scheme with so-called shaped bars or shaped conductors can be implemented so that colloquially a pin winding or hairpin winding can be created. This favors high-volume production of stators with high or constant manufacturing quality. In particular, it can also achieve a cost reduction in the manufacturing process. In addition, with the specified structure and with the winding pattern described here, a large number of winding specifications can be realized, or a large number of winding specifications can thereby be met.
  • the stator winding is made of several loop windings in form rod technology.
  • it is intended to use versatile loop windings in shaped rod technology.
  • series-connected individual coils or winding segments of rod-shaped conductor sections are provided which are connected in series-connected winding segments under the same pole pair and define a partial winding of a single phase winding or the stator winding.
  • the same number of parallel branches or partial windings as the number of poles of the stator or motor can be implemented.
  • a partial winding thus has exactly two pole coverings, so it can extend over a north and a south pole of the stator in relation to a momentary observation.
  • first winding segment and the second winding segment each have direct successive conductor sections with respect to their helical current paths, which successive conductor sections each have a jump in position with a jump width amount "one" in the radial direction to the longitudinal axis of the laminated core are offset from one another or spaced apart.
  • first and second electrical connection sections per winding segment identical first extension widths between sections spaced apart in the circumferential direction of the laminated core, electrically connected in series.
  • a constant planning or conception of unsighted windings can be achieved by constant number of slots jumps.
  • a third electrical connection section can be formed in a practical manner, which third electrical connection section has a larger second extension width, in particular a comparatively larger number of slot jumps, in comparison with the first and second electrical connection sections.
  • first extension widths in particular unequal number of slots jump
  • a stator with a longed stator winding is also characterized in that the number of shortened or lengthened second connections sab sections in each of the partial windings is identical to the number of broken holes q of the stator.
  • the shortened or lengthened second Ver connecting sections are shorter or longer compared to the first connecting sections.
  • the number of broken holes q is identical to the number of slots per magnetic pole section, per phase winding and per partial winding.
  • the formation of shortened or lengthened connecting sections depends on whether the stator winding or the respective part windings are to be longed to the left or to the right in relation to the circumferential direction of the laminated core.
  • a third winding segment can be provided in a simple manner, which is electrically in series with the second weighing is switched segment and is overlaid on the first winding segment for the most part, in particular is nested or interlocking with it.
  • This overlay or overlap can be designed such that a third winding axis of the third winding segment is laterally offset by at least one to a maximum of six receiving slots immediately successive in the circumferential direction of the laminated core relative to a first winding axis of the first winding segment.
  • a fourth electrical connection section can be formed, the fourth electrical connection section having a smaller or larger third extension width compared to the first and second electrical connection sab, in particular a comparatively smaller or has a larger number of grooves.
  • a correspondingly shortened or enlarged, fourth electrical connection section is finally formed with an integer number of broken holes q greater than two. This relative shortening or lengthening of the fourth electrical connection section depends on where the winding starts of the partial windings are within the phase zones of the stator winding. Such phase zones are shown in FIGS. 2, 9 and 10 through the areas or on grooves with cross hatching.
  • the number of winding segments is identical to the number of broken holes q of the stator, in particular is identical to the number of slots per magnetic pole section, per phase winding and per partial winding.
  • An advantageous embodiment of the stator can also be characterized in that the current path defined by the first winding segment either (i) starting from the radially in the first position of conductor sections leads to the radially outermost position of conductor sections, or vice versa (ii) starting leads from the radially outermost layer of conductor sections to the radially innermost layer of conductor sections, is then guided without an offset, in particular without a change in position or without a change in position, by means of a third electrical connection sab section to the second winding segment, and that the current path in the second winding segment is either (i) starting from the radially outermost layer of conductor sections to the radially innermost layer of conductor sections, or vice versa (ii) starting from the radially innermost layer of conductor sections to the radially outermost layer of conductor sections.
  • two sections immediately following one another in the electrical current paths and a respective first connecting section electrically connecting each of these conductor sections are formed in one piece, in particular are formed by a so-called hair pin.
  • the first connecting section has an essentially S-shaped or Z-shaped forming section in its central section with respect to a plane running perpendicular to the longitudinal central axis of the laminated core. This favors the implementation of a jump in position by "one" in relation to the two wire sections of a pair of U-shaped rods or hair pins.
  • each of the receiving grooves of the laminated core is completely filled by conductor sections made of exactly two partial windings arranged in parallel with respect to the radial direction to the longitudinal axis of the laminated core. This means that each slot of the sheet metal package can be completely occupied with the conductor sections of a maximum of two or only two parallel partial windings. This can offer production advantages.
  • first winding segment and the second winding segment starting from their respective winding beginnings in the direction of their respective winding ends, are wound in the same direction, for example in each case are wound clockwise.
  • a winding start of the first partial winding and a winding start of a further partial winding which is electrically connected in series or electrically in parallel with the first partial winding, or is switchable, are positioned such that their winding starts are arranged in receiving slots which belong to the same phase zone.
  • a winding start of the first partial winding and a winding start of a further partial winding which is electrically connected in series or electrically in parallel with the first partial winding or can be switched, are positioned in the same receiving groove or are assigned to the same receiving groove.
  • the maximum voltage difference DU occurring between directly adjacent conductor sections within the receiving grooves can be kept relatively low, in particular with respect to the radial direction to the longitudinal axis of the laminated core.
  • This has advantages with regard to technically or physically comparatively lower requirements for the electrical insulation layer of the conductor sections. For example, this makes it possible to provide relatively thin insulation layers and thus advantageously to improve the fill factor in terms of electrically conductive material per receiving groove.
  • the first and the last conductor section of at least one of the partial windings is in each case formed by an I-pin, in particular in each case by essentially I-shaped shaped rods, and all conductor sections arranged therebetween as electrically connected hair in series -Pins, especially as a U-shaped pairs of rods, are out.
  • the "crown side” is that Front end of the stator, in which there are either no or only relatively few welding or connecting points between the conductor sections if the stator winding is at least predominantly made up of hair pins.
  • the invention also relates to an electrical machine as specified in the claims.
  • the technical effects and advantageous effects which can be achieved in this way can be found in the preceding and the following parts of the description.
  • Fig. 1 shows an exemplary stator, the receiving grooves partially with electrical
  • Conductors are provided, which electrical conductors are to be defined to form a stator winding
  • Figure 2 is an inventive winding scheme to form a winding strand or a phase winding of a two-pole stator with three-phase stator winding.
  • Fig. 3 shows another representation of the winding scheme for a partial winding of the
  • Fig. 4a, 4b embodiments of so-called hair-pins with parallel conductor sections, which can be part of a winding strand or a phase winding development according to Figs. 2 and 3;
  • FIG. 5 shows an embodiment of so-called I-Pins, which are formed and electrically connected to one another in such a way that they are similar to a hair pin, and Can be part of a winding phase or a phase winding according to Figures 2 and 3.
  • Fig. 6 shows a partial winding of a stator winding, which partial winding two electrically
  • Fig. 7 shows a partial winding of a stator winding, which partial winding three electrically in
  • Row-connected each designed as loop windings, nested or interlocking winding segments in the form of a rod configuration
  • FIG. 8 shows half of a stator or stator laminated core, into which the partial winding according to FIG. 7 has been inserted or is accommodated therein;
  • Figure 9 is a winding scheme according to the invention with several partial windings to create a four-pole stator with three-phase, unspoken stator winding development.
  • Figure 10 is a winding scheme according to the invention with several partial windings to create a four-pole stator with three-phase, longed stator winding development.
  • Fig. 11 is a winding diagram based on Figure 2, in which the maximum occurring potential difference between immediately adjacent conductor sections within the grooves of the laminated core is kept comparatively low.
  • Fig. 12 is a winding diagram based on Figure 9, in which the maximum occurring potential difference between immediately adjacent conductor sections is kept relatively low.
  • Fig. 13 the partial windings TWa and TWb according to the winding diagram of FIG. 11 in parallel connection, wherein they form a winding phase or a phase winding of a three-phase stator winding in a delta connection.
  • a stator 1 is shown schematically in an oblique view.
  • the stator 1 comprises an essentially hollow cylindrical laminated core 2 in which a multiplicity of receiving grooves 4 are arranged distributed in the circumferential direction 10.
  • the receiving grooves 4 are continuous in the longitudinal direction 11.
  • 1 shows several electrical conductors 8 before they are connected to an electrical winding. Analogously to this, it can be seen from FIG. 1, by way of example, that a plurality of electrical conductors 8 can be used to form an electrical coil or winding in the circumferential direction 10 of the laminated core 2 and that corresponding electrical conductors 8 can be connected to one another.
  • the receiving grooves 4 of the laminated core 2 can be open in the radial direction 12 in the direction of the longitudinal axis 3 of the stator 1. Such openings can be designed as an air gap 5.
  • the areas of the laminated core 2 which delimit the receiving grooves 4 in the direction of the longitudinal axis 3 can be designed as a tooth head 6 in the circumferential direction 10.
  • the exact number of receiving grooves 4 and the electrical conductor 8 accommodated therein depends on the desired size or design of the electrical machine.
  • the receiving grooves 4 can have a wide variety of cross-sectional shapes, with 8 corresponding, rectangular for receiving electrical conductors Cross-sections of the grooves 4 have proven.
  • the essentially hollow cylindrical laminated core 2 has a first and a second axial end face 13a, 13b.
  • the electrical conductors 8 in the receiving grooves 4 are preferably formed by metallic shaped rods, preferably made of copper or another electrically highly conductive material. These shaped rods form a plurality of electrical conductor sections La, Lb, which extend at least within the respectively assigned grooves 4.
  • Theseêtab sections La, Lb can be defined by so-called I-pins or formed by so-called hair-pins, in which case the conductor sections La, Lb represent the legs of these essentially U-shaped conductor segments.
  • the electricalnatiab sections La, Lb are thus arranged several times in each of the receiving grooves 4 and is constructed by predetermined electrical connections between the annularly positioned conductor sections La, Lb, the stator winding 14 according to plan, which stator winding 14 is used to generate a rotating magnetic field when the Single or multi-phase electrical energy is applied to stator 1.
  • a stator winding 14 in the ready-to-use state has a plurality of layers L of conductor sections La, Lb which are immediately adjacent in the radial direction to the longitudinal axis 3 of the laminated core 2.
  • the supply of single-phase alternating current or of multi-phase alternating current (three-phase current) takes place via dedicated, not shown connection points on the stator winding 14, as is generally known.
  • a total of eight layers L1 to L8 are provided.
  • the layers L1 to L8 are composed of a plurality of conductor sections La, Lb positioned in the receiving grooves 4.
  • a practical stator 1 has an even number of layers L, in particular from 4 layers, in particular between 4 and 12 layers.
  • the diameter of the laminated core 2, the number of receiving grooves 4 formed, the number of layers L, and the axial length of the stator 1 or laminated core 2 are essentially dependent on what performance data are required or what physical requirements are to be met by the electrical to be assembled Machine.
  • the stator winding 14 comprises at least two partial windings TWa, TWb.
  • a stator 1 constructed according to the invention or its stator winding 14 can in particular have a multiple of two partial windings, in particular comprise two, four, six, eight or even ten partial windings, as described below.
  • the respective partial windings can be connected in series and / or in parallel for each electrical phase. With the winding scheme specified below, a formation of single or multi-phase stator windings 14 is possible.
  • each so-called phase winding PW or each phase-associated winding strand can be composed of two or more partial windings TWa to TWx, where x stands for an even number greater than two.
  • the partial windings TWa to TWx which are electrically separate coils, can be connected in series and / or in parallel, depending on the requirement or power requirement, or can be switched accordingly by a control unit.
  • FIG. 2 for the sake of clarity, only a single phase winding PW or a single winding phase of a three-phase stator winding 14 is shown.
  • FIG. 2 shows an advantageous winding scheme for the winding phase or for the phase winding PW of a two-pole stator winding 14, for example.
  • This phase winding PW comprises two partial coils or two electrical partial windings TWa, TWb.
  • the two partial windings TWa and TWb can also be referred to as first and second winding branches or as first and second parallel paths.
  • each of the partial windings TWa and TWb extends over the entire circumference, in particular over 360 ° of the annular laminated core 2.
  • the individual partial windings extend only over one Fraction of the circumference of the laminated core.
  • the laminated core 2 according to FIG.
  • stator winding 14 has a total of eight layers L, which are denoted by L1 to L8. Accordingly, a stator winding 14 or a phase winding PW with a total of eight layers L is shown.
  • the position L1 can be understood as the position closest or radially innermost to the air gap 5 - FIG. 1, and the position L8 as the position L8 closest or radially outermost to the groove base 7 - FIG. 1.
  • the two partial windings TWa and TWb shown are, for example, associated with the electrical phase U - see first line in FIG. 2.
  • the sections shown in FIG. 2 as blank are shown or receiving slots 4 with corresponding, further partial windings.
  • the structure of the phase winding PW shown is repeated for phase V and for phase W in the receiving slots 4 with the numbers 4 to 6 and 13 to 15 or 7 to 9 and 16 to 18.
  • there is only a lateral offset or slotver To provide or take into account sentence, and repeats the structure or the scheme of the phase winding PW for the phase U then for the phase windings of the phases V and W.
  • phase windings PW for the phases V and W are in the illustration according to FIG. 2nd not included only for the sake of clarity. In particular, it should be noted that only one phase winding PW, for example for phase U, is illustrated in FIG. 2.
  • the complete, three-phase stator winding is to be connected to a three-phase voltage source, a magnetically two-pole stator 1 being formed or a two-pole magnetic rotating field being established.
  • Each of the partial windings TWa and TWb of the stator winding 14 and the phase winding PW is formed by a plurality of sections La and Lb connected in series.
  • These Leiterab sections La and Lb can be part of an integral or one piece executed line segments, in particular a so-called hair pin, as shown in FIGS. 4a and 4b.
  • the conductor sections La and Lb can also each be formed by so-called I pins, as is illustrated in FIG. 5.
  • the conductor sections La and Lb can be defined by the legs of a substantially U-shaped line segment, in particular by a so-called hair pin - FIGS. 4a, 4b.
  • the conductor sections La and Lb can also be defined by the central section of so-called I-pins, which are electrically connected in series - FIG. 5.
  • the partial windings TWa and TWb are each formed by a plurality of series-connected conductor sections La and Lb, with first and second electrical connecting sections VBa, VBb between electrically connected series sections La, Lb alternating between the first and the second axial end face l3a, l3b of the laminated core 2 - Fig. 1 - are assigned the closest.
  • the first connecting sections VBa form an electrical connection between immediately successive conductor sections La and Lb.
  • the second connection sections VBb form an electrical connection between a conductor section Lb and a series-connected conductor section La.
  • the two conductor sections La and Lb are therefore electrically connected in series by means of the connecting section VBa and thereby define a pair of shaped rods 16.
  • Such a pair of shaped rods 16 can be connected via the connecting section VBb to a series or immediately adjacent pair of shaped rods 16 are electrically connected in series, so that a total of a so-called loop development 15 can be built up, as exemplified in FIGS. 6, 7. 2, the first connecting sections VBa are represented by narrow solid lines or arrows, while the second connecting sections VBb are illustrated by comparatively wide solid lines or arrows. The narrow lines can be mentally assigned to the first axial end 13a, while the broad lines are mentally assigned to the second axial end 13b of the stator 1 (FIG. 1).
  • FIG. 2 The rectangles shown in FIG. 2 with dot hatching symbolize contacting points, in particular welding points, within the second electrical connection sections VBb. 2 and La are thus sections from so-called hair pins, as exemplified in FIGS. 4a, 4b are.
  • the zones with diagonal hatching shown in FIG. 2 each show the winding starts of the partial windings TWa and TWb, while the zones with vertical hatching represent the respective winding ends of the partial windings TWa and TWb.
  • These hatching assignments also apply to the winding diagrams according to FIGS. 9 and 10.
  • a pair of shaped rods 16, which are cut from the conductor sections La and Lb can be identified by a pair of cross and / or ring symbols.
  • Such a pair of cross and / or ring symbols has identical numbers and the same preceding letter.
  • the two cross symbols with the designation A4 define such a pair of shaped rods 16 made of conductor sections La, Lb.
  • the conductor rod pairs in A3-A3, A2-A2 and Al -Al each form a pair of shaped rods 16 with a first section of La in Labe with the number 1 and a secondêtab cut out Lb in the slot with the number 10.
  • an electrical transition or connecting section between a subsequent subsequent or electrically connected series rod pair 16, for example in relation to the identifiers A2-A2 is defined or formed by the electrical connecting section VBb.
  • the first connecting sections VBa can be assigned to the first axial end face l3a of the laminated core 2 and the second connecting sections VBb can be assigned to the second axial front end l3b of the laminated core 2 - FIG.
  • the at least one electrical partial winding TWa or each of the implemented partial windings TWa to TWx of a stator winding 14 or phase winding to be formed PW is at least formed by a first and a second electrically connected winding segment WSa, WSb.
  • the index "x" stands here and below for a counter variable.
  • Conductor sections La, Lb of the first winding segment WSa are electrically connected to one another by means of the first and second electrical connecting sections VBa, VBb in such a way that a helical current path l7a along a first radial direction device l8a to the longitudinal axis 3 of the laminated core 2 - see the lower section of FIG. 3 - is defined.
  • conductor sections La, Lb of the second winding segment WSb are electrically connected to one another by means of the first and second electrical connecting sections VBa, VBb in such a way that a second helical current path 17b is defined.
  • This second helical current path l7b runs along an opposite, second radial direction l8b to the longitudinal axis 3 of the laminated core 2.
  • the first radial direction l8a can be defined in relation to a radial reduction compared to the longitudinal axis 3, while the opposite second radial direction l8b is a radial enlargement can mean relative to the longitudinal axis 3 of the laminated core 2. However, it is also possible to do this by reversing the direction of the current paths l7a and l7b.
  • the second winding segment WSb is ge with respect to the circumferential direction 10 of the laminated core compared to the first winding segment WSa arranged laterally offset, in particular entirely in the first winding segment WSa different or altogether different receiving grooves 4 added.
  • the first and the second winding segments WSa, WSb which in cooperation form part of the partial winding TWa or TWb, extend over a total of two magnetic pole sections l9a and l9b which follow one another in the circumferential direction 10 .
  • Such a partial winding TWa or TWb thus has a pole coverage of “two”, as can best be seen from FIG. 2.
  • each of the partial windings TWa to TWx extends over a magnetic pole pair, that is, over two pole sections l9a and l9b which follow one another directly in the circumferential direction 10 of the sheet metal package 2.
  • stator windings 14 which have an even multiple of "two" as the number of poles (four, six, eight poles, etc.), the partial windings TWa to TWx always extend over a magnetic pole pair, that is, over two poles in direct succession to be formed stator 1, as can also be seen in the following exemplary embodiments according to FIGS. 9 and 10.
  • the first winding segment WSa and the second winding segment WSb each have immediately successive conductor sections La and Lb with respect to their helical current paths l7a, l7b Which conductor sections La, Lb are each offset from one another by a position jump with a jump width of “one” in the radial direction to the longitudinal axis 3 of the laminated core 2.
  • the conductor section Lb with the identifier Al in the position L2 is added, while the conductor section La with the identifier Al in the position Ll is added.
  • This scheme continues for all conductor sections La and Lb of the winding segment WSa and WSb. This also applies to the third winding segment WSc described below.
  • the first and second electrical connecting sections VBa, VBb per winding segment WSa, WSb have identical first extension widths 20a, 20b (FIG. 3, top).
  • These extension widths 20a, 20b between the immediately successive fader sections Fa, Fb can also be referred to as the number of slots jump length or often also as the coil width.
  • the extension widths 20a, 20b of the first and second winding segments WSa, WSb are each ten receiving slots.
  • extension widths 20a, 20b deviating from 10 are possible.
  • the partial winding TWa shown by way of example in FIGS. 2, 3 further comprises a third electrical connection sab section VBc, which establishes an electrical connection between the first and the second winding segment WSa, WSb.
  • This third electrical connection section VBc has, in comparison to the first and second electrical connection sections VBa, VBb, a larger, second extent 20c.
  • this second extension 20c amounts to 11, in particular the third electrical connection sab section VBc extends between eleven immediately consecutive receiving slots. In particular, this means a comparatively larger number of grooves or jumps than in the electrical connection sections VBa and VBb.
  • the at least one partial winding TWa or each of the existing partial windings TWa to TWx of a stator winding 14 can comprise a third winding segment WSc.
  • This third winding segment WSc is electrically connected in series with the second winding segment WSb.
  • this third winding segment WSc is largely superimposed on the first winding segment WSa in terms of construction.
  • the third winding segment WSc is interleaved or interwoven with the first winding segment WSa, as is shown by the representations from FIGS.
  • a third winding axis WAc of the third winding segment WSc is offset by at least one or at least two to a maximum of six immediately successive receiving slots 4 with respect to a first winding axis WAa of the first winding segment WSa in the circumferential direction 10 of the laminated core 2.
  • the third winding segment WSc is thus superimposed on the first winding segment WSa with respect to its predominant base or effective area or is virtually intertwined with it.
  • the third winding segment WSc is superimposed on or interwoven with the second winding segment WSb to a considerably smaller area or active component, as can best be seen in the illustration in FIG. 7.
  • a fourth electrical connection section VBd is formed for the electrical connection between the second winding segment WSb and the third winding segment WSc.
  • This fourth electrical connection section VBd has, in comparison to the first and second electrical connection sections VBa, VBb, a smaller, third extension width 20d, for example. According to the example, this comparatively smaller or smaller third extension width 20d is implemented over a groove number jump distance of “8”.
  • this fourth electrical connection section VBd can also have a comparatively larger or longer extension width 20d. This occurs when the winding starts and winding ends of the respective partial windings TWa to TWc are selected differently, in particular in the same way.
  • Such a shortened or extended, fourth electrical connection section VBd is formed exclusively with an integer number of broken holes greater than two or with the formation of three serially interconnected winding segments WSa, WSb and WSc.
  • the number of winding segments WSa, WSb, WSc, WSx is identical to the number of broken holes q of the stator 1 or the stator winding 14.
  • Fracture holes q 4 and four winding segments WSa, WSb, WSc, WSd are formed.
  • the at least one partial winding TWa of the stator winding 14 or a phase winding PW comprises a first winding segment WSa, the current path 17a defined by the first winding segment WSa either (i) starting from the radially innermost position Ll (air gap side) ) leads from conductor sections La, Lb to the radially outermost layer L8 (yoke side) of conductor sections La, Lb, or vice versa (ii) starting from the radially outermost layer L8 (yoke side) of conductor sections La, Lb to the radially innermost layer Ll ( Air gap side) of Lcitcrabitescn La, Lb, and then without an offset in position L, ie without a layer jump or without a change in position L, by means of the third electrical connection section VBc, which also as an extended or comparatively longer connection section can be referred to the second winding segment WSb is performed.
  • the current path l7b in the second winding segment WSb is then (i) starting from the radially outermost layer L8 (yoke side) of section La, Lb to the radially innermost layer Ll (air gap side) of section La, Lb, or vice versa (ii) starting from the radially innermost layer Ll (air gap side) of conductor sections La, Lb to the radially outermost layer L8 (yoke side) of conductor sections La, Lb.
  • first winding segment WSa and the second winding segment WSb proceed from their respective winding starts 21 (A1) and 22 (A5) towards their respective winding ends 23 (A4) and 24 (A8) each wound in the same direction, for example, are wound clockwise.
  • all winding segments WSa, WSb, WSc, WSx of a multiply segmented partial winding TWa to TWx are electrically connected in series and starting from their respective winding start 21, 22, 25 in Direction to their respective winding ends 23, 24, 26 are wound in the same direction, for example, are wound clockwise or extending.
  • the second partial winding TWb has a double mirror-image structure or course in relation to the first partial winding TWa.
  • the second partial winding TWb is offset in relation to the first partial winding TWa in the circumferential direction 10 by a single receiving groove 4.
  • the imaginary first mirror axis is defined by the longitudinal axis 3 of the laminated core 2.
  • the imaginary second mirror axis runs along the circumferential direction 10 of the laminated core 2.
  • the first and the second partial windings TWa and TWb form a pair of partial windings that belong together or correspond and extend over exactly one pole pair of the laminated core 2, in particular over two successive pole sections l9a and l9b.
  • a partial winding TWa, TWb, TWc or TWa to TWx can also be defined in that the voltage induced by it, which is a vector quantity, is equal in magnitude and phase to the induced voltages of the other partial windings within the phase winding PW.
  • Their associated conductors of the same receiving groove take care of the different amplitudes of the induced voltages.
  • the stator winding 14 or its partial windings TWa to TWx can be constructed by shaped conductors or conductor sections La, Lb, which are embodied as so-called hair pins - FIGS. 4a, 4b - or as so-called I-pins - FIG. 5 are. 4a, 4b, two are in each case in the electrical current paths l7a, l7b, l7c (FIG.
  • the second connection sab sections VBb can be shaped such that they are directed towards each other. According to FIG. 4b, however, the second connecting sections VBb can also be shaped in such a way that they run parallel to one another or point in uniform directions.
  • each of the winding segments WSa, WSb and WSc or WSa to WSx extends in relation to the circumferential direction 10 of the laminated core 2 over more than two, that is to say at least three, immediately adjacent receiving slots 4.
  • the first and the second extension widths 20a and 20b of the first and second electrical connections sab sections VBa and VBb are greater than or equal to three times the Transverse or lateral spacing between two immediately adjacent receiving grooves 4 of the laminated core 2.
  • the number of groove jumps of the connecting sections VBa and VBb or the immediately successive conductor sections La and Lb are, for example, “nine”.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a partial winding of a stator winding 14, for example a partial winding TWa.
  • This basic structure is repeated in a corresponding manner for the partial windings TWb to TWx.
  • the part winding TWa shown is designed using shaped rod technology and comprises a plurality of hair pins electrically connected in series.
  • winding segments WSa, WSb and WSc of the partial winding TWa according to FIG. 7 are in each case formed by loop windings 15 implemented in the form of rod technology.
  • the winding segments WSa and WSb (FIG. 6) or the winding segments WSa, WSb and WSc (FIG. 7) are each electrically connected in series.
  • the third winding segment WSc is arranged in an interleaved manner with respect to the first winding segment WSa, in particular for the most part positioned overlapping with respect to the first winding segment WSa.
  • Their winding axes WAa and WAc are offset from one another by a number of receiving grooves 4 corresponding to the number of broken holes q-l in the circumferential direction 10, for example by two receiving grooves 4 laterally offset.
  • the first connecting sections VBa of the individual hair pins or pairs of shaped rods 16 in their central section with respect to a perpendicular to the longitudinal central axis of the Layer 27 extending laminated core to be provided with an essentially S or Z-shaped forming section 28.
  • the connecting sections VBa are shaped in such a way that a change in position by “one” with respect to the immediately following line sab sections La and Lb of a hair pin can be implemented in an orderly manner.
  • winding segments WSa, WSb or WSc are distinguished, inter alia, by the fact that these winding segments WSa, WSb or WSc each have a plurality of winding segments WAa, WAb or WAc lined up, electrically series-connected pairs of molded rods 16 are formed.
  • FIG. 8 shows how the partial winding TWa according to FIG. 7 can be inserted in a laminated core 2 in order to form a partial component of a stator 1. Merely the better clarity because only half of a stator 1 was illustrated here.
  • the laminated core 2 according to FIG. 8 has, for example, a total of 72 receiving slots 4 and is hen hen to implement a three-phase stator winding with eight magnetic poles.
  • FIG. 9 shows, among other things, the winding scheme of the partial winding TWa, which partial winding TWa is then shown physically implemented in FIGS. 7 and 8.
  • 7 and 8 illustrate, among other things, a partial winding TWa, which is a partial component of a stator winding to be built.
  • the winding diagram shown in FIG. 9 is designed to provide four magnetic poles and is designed for a laminated core 2 with 36 slots 4. Only because of the full consistency is noted that the winding scheme according to FIG. 9 shows only a single phase winding PW of a stator winding 14 to be produced.
  • This phase winding PW comprises four partial windings TWa, TWb, TWc, TWd, which extend over a total of 360 ° in the circumferential direction 10 of a laminated core 2 with a total of 36 receiving grooves 4.
  • These four partial windings TWa, TWb, TWc, TWd result in a four-pole stator winding 14, that is to say a stator 1 with a number of pole pairs of “two”.
  • the structural structure of the partial winding TWc is identical to the structural structure of the partial winding TWa.
  • the partial windings TWa and TWc or TWb and TWd are offset or spaced apart from one another with respect to the circumferential direction 10. The extent of this lateral offset is dependent on the desired number of pole pairs and number of slots in the stator 1 to be manufactured.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a stator winding 14, which may be independent of its own, again using the same reference numerals or component designations for the same parts as in the previous figures. To avoid unnecessary repetition, reference is made to the detailed description in the preceding figures.
  • FIG. 10 shows a winding diagram for forming a longed-for stator winding 14, with only a single phase winding PW of a three-phase, four-pole stator 1 also being shown here.
  • the winding diagram in question can thus also be used to form longed stator windings 14 or longed part windings TWa to TWx.
  • the first and second electrical connection sections VBa, VBb in each of their winding segments WSa, WSb, WSc have mutually different first extension widths 20a and 20b between electrically connected in series in the circumferential direction 10 sections La, Lb.
  • the number of groove jumps of 15 is provided in relation to the first connecting sections VBa, and the number of grooves is 13 jumps in relation to the second connecting sections VBb.
  • the number of shortened or - as explained below - extended second connection sections VBb in each of the partial windings TWa, TWb, TWc, TWd which shortened or extended second connection sections VBb compared to the first connection sections VBa shorter or are longer, is identical to the number of broken holes q of the stator 1.
  • the number of shortened or lengthened second connecting sections VBb is identical to the number of slots 4 per magnetic pole section l9a or l9b, per phase winding PW and per partial winding TWa, TWb, TWc or TWd.
  • a longed stator winding 14 or longed partial windings TWa to TWx the lateral offset or jump in relation to the receiving slots 4 can optionally be defined.
  • the gray colored cells show in Fig. 10 a staircase that begins on the right.
  • the stringing of the partial windings TWa to TWx can alternatively also be made with an extended winding step.
  • the cells with cross hatching would then show a staircase that begins on the left.
  • extended connecting sections VBb are also possible.
  • the winding scheme is characterized by the fact that a change in position is carried out per pair of U-shaped rods 16 or per flair pin and that a complete parallel branch or a complete partial winding TWa to TWx per phase winding PW has at least one or covers exactly one pair of poles l9a and l9b in the circumferential direction of the laminated core 2.
  • the occurring U-shaped pairs of shaped bars 16 have the same step size.
  • the ends of the ra dial in series and zigzag-shaped pairs of molded rods 16 result in winding segments WSa to WSx, which on the air gap side 5 or groove base side 7 (FIG.
  • top and bottom position in the corresponding top and bottom position (stator yoke facing position and air gap facing position) have at least one shortened and one extended winding step with a shortened extension 20d or an extended extension s width 20c.
  • the top or bottom layer can contain the shortened winding step or vice versa.
  • the winding scheme is also characterized by the fact that when a longed-for winding is implemented, winding steps are shortened accordingly, with at least the number of broken holes q occurring.
  • the number of broken holes q is the number of slots per phase, per magnetic pole of the winding and per partial winding.
  • the winding scheme is characterized in that the U-shaped pairs of shaped rods (hairpins) belonging to a parallel branch (partial winding), connected in series, or the current paths formed therewith at least from one outer (top or bottom) position to the radially opposite one lead the innermost (bottom or top) position - expediently in the above-mentioned zigzag shape - then with a shortened or lengthened winding step, without a change in position, lead to the adjacent magnetic pole in the circumferential direction, in order from there again, but in opposite directions, from the outer layer to the opposite layer.
  • the above implementation with U-shaped pairs of shaped rods 16 (hair pins) can also be represented or implemented with I-shaped shaped rods (I pins).
  • An unsighted winding is generally understood to mean windings or coils in which the coil width, which is related to the circumferential direction 10 of the laminated core 2, is equal to the pole pitch.
  • Pole pitch means the center distance between successive magnetic poles.
  • Coil width is to be understood as the previously mentioned extension widths 20a and 20b. In contrast, in the case of longed windings or coils, the coil width is smaller (or also larger) than the pole pitch.
  • Fig. 11 shows another advantageous embodiment of the winding s scheme.
  • the same reference numerals are used for parts already described above, and the preceding description parts are analogously applicable to the same parts with the same reference numerals.
  • the voltage difference DU (delta U) between two immediately adjacent, that is, directly adjacent conductor sections La and Lb within a receptacle 4 can be up to the full phase or outer conductor voltage UL1-L2 (FIG. 13 - Arrows shown in broken lines) if, for example, the partial windings TWa and TWb are electrically connected in parallel and form a winding strand of a stator winding 14 in a triangular circuit, as is shown schematically in FIG. 13.
  • the embodiment according to FIG. 13 the embodiment according to FIG.
  • the entire phase or outer conductor voltage UL1-L2 is present.
  • the insulation layer 9 on the lateral surfaces of the conductor sections La or Lb must therefore be designed for this relatively high electrical potential difference, as occurs in the embodiment according to FIG. 2. For example, a correspondingly large thickness of the insulation layer 9 - FIG.
  • the maximum voltage difference DU occurring between immediately adjacent conductor sections La or Lb can be significantly reduced or reduced.
  • the maximum voltage difference DU occurring between immediately adjacent conductor sections La or Lb be reduced to about a third (approx.
  • phase or outer conductor voltage UL1-L2 - see, for example, the immediately adjacent conductor sections La and Lb with the designations Al and B4 in the receiving groove 4 with the number 1 (for the phase U) in FIG. 11 in conjunction with FIG. 13.
  • this can reduce the physical loads on the insulation layer 9 or advantageously reduce the requirements for the electrostatic insulation properties of the conductor sections La, Lb.
  • This advantageous reduction of the maximum occurring potential difference DU between immediately adjacent or gap-free conductor sections La or Lb can be achieved in that a winding start 2la of the first partial winding TWa and a winding start 2lb of a further partial winding TWb, TWc, TWd, which for the first partial winding TWa can be electrically connected in series or electrically in parallel, is positioned in such a way that this winding is arranged smoothly 2la and 2lb (FIGS. 11, 12) in receiving slots 4, which belong to the same phase zone Pz.
  • a phase zone Pz includes those receiving grooves 4 or all those conductor sections La or Lb arranged therein, which are assigned to the same phase U, V or W and belong to the same magnet pole or pole section l9a or l9b of the stator 1, and thus are flowed through in the same direction in the operating state of the stator 1.
  • the phase zones Pz for phase U can be seen through the areas or receiving grooves 4 with cross hatching.
  • a winding start 2la of the first partial winding TWa in the radially innermost position L1 and a winding start 2lb of the further partial winding TWb, which are electrically in series or electrically parallel with the first partial winding TWa is switched, is positioned in the radially outermost position L8, as is illustrated in FIGS. 11, 12.
  • an inverse assignment to this is also possible, in which the start of the winding 2la is assigned to the radially outermost layer L8 and the start of the winding 2lb to the radially innermost layer L1 of the stator winding 14.
  • the winding starts 2la, 2lb are formed by two partial windings TWa, TWb to be electrically connected in series or electrically in parallel, on the one hand in the radially innermost position L1 and on the other hand in the radially outermost position L8 of the stator winding 14.
  • the partial windings TWa-TWx of the stator winding 14 are designed as unsuspected windings (Fig. 2, 3, 9, 11, 12), it may be useful if a winding start 2la of the first partial winding TWa and a winding start 2lb a further partial winding TWb-TWx, which is or can be connected electrically in series or electrically in parallel with the first partial winding TWa, is positioned or arranged in the same receiving groove 4. As can be seen from FIG.
  • the winding start 2la of the partial winding TWa (Al) and the beginning of the winding 2lb of the partial winding TWb (Bl) are selected such that they are assigned to the same receiving groove 4, for example assigned to the slot with the number 1 .
  • a winding end 26a (A12) of the first partial winding TWa and a winding end 26b (B12) of a further partial winding TWb-TWx connected in series or in parallel are in the same, i.e. Identical receiving groove 4 positioned, as can be seen in FIGS. 11 and 12 using the receiving groove 4 with the number 12 (for phase U).
  • Fig. 12 shows a winding scheme or an embodiment of a stator 1 with four partial windings TWa-TWd and four magnetic poles, i.e. 2 pole pairs.
  • the structural measures or rules described above can be applied in an analogous manner to this embodiment.
  • the respective winding starts 2lb of the at least one further partial winding TWb-TWx within the phase zone Pz are selected such that a significant reduction in the electrical potential differences DU between two adjacent conductor sections occurs within the respective receiving slots 4.
  • This reduction in the voltage load of the insulation layer 9 can be 50%, or more than 50%, in particular approximately 66%, depending on the winding scheme, as can be seen from FIG. 13.
  • a mixed use of hair pins shown by way of example in FIG. 4 and of I pins shown by way of example in FIG. 5 can also be provided for the construction of the stator winding 14.
  • the first and the last conductor section La, Lb are formed by at least one of the partial windings TWa-TWx, in particular by all partial windings TWa-TWx of the stator winding 14, in each case by an I-pin, in particular by I-shaped shaped rods are.
  • all the conductor sections La, Lb arranged between them are designed as electrically connected hair pins, in particular as U-shaped pairs of shaped rods 16.
  • stator winding 14 The winding scheme presented or the stator winding 14 specified and the stator 1 constructed therewith have been described and illustrated in connection with an internal rotor or internal rotor motor. This winding technology can also be used for an internal stator and an external rotating rotor (external rotor motor).
  • All information on value ranges in the present description is to be understood in such a way that it includes any and all sub-areas, e.g. the information 1 to 10 is to be understood in such a way that all sub-areas starting from the lower limit 1 and the upper limit 10 are also included, i.e. all sub-areas begin with a lower limit of 1 or greater and end with an upper limit of 10 or less, e.g. 1 to 1.7, or 3.2 to 8.1, or 5.5 to 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine, umfassend ein im wesentlichen hohlzylindrisches Blechpaket (2) mit mehreren verteilt angeordneten Aufnahmenuten (4). Mehrere durch Formstäbe gebildete elektrische Leiterabschnitte (La, Lb) je Aufnahmenut (4) bilden eine Statorwicklung (14) mit zumindest zwei Teilwicklungen (TWa, TWb) aus. Die zumindest zwei elektrischen Teilwicklungen (TWa, TWb) sind jeweils zumindest durch ein erstes und ein zweites elektrisch in Serie geschaltetes Wicklungssegment (WSa, WSb) gebildet, wobei Leiterabschnitte (La, Lb) des ersten Wicklungssegments (WSa) mittels ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitten (VBa, VBb) derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass ein schraubenlinienförmiger Strompfad (17a) entlang einer ersten Radialrichtung (18a) zur Längsachse (3) des Blechpakets (2) definiert ist und Leiterabschnitte (La, Lb) des zweiten Wicklungssegments (WSb) mittels ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitten (VBa, VBb) derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass ein zweiter schraubenlinienförmiger Strompfad (17b) entlang einer entgegengesetzten, zweiten Radialrichtung (18b) zur Längsachse (3) des Blechpakets (2) definiert ist.

Description

Stator für eine elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine sowie eine mit einem sol chen Stator ausgestattete elektrische Maschine.
Aus dem Stand der Technik bekannte Statoren für elektrische Maschinen, insbesondere für elektrischen Antriebsmotoren bzw. Generatoren, umfassen typischerweise ein hohlzylindri sches Blechpaket, in dessen Nuten die elektrische Statorwicklung aufgenommen ist. Die Statorwicklung kann dabei aus einer Mehrzahl von stabförmigen Leiterabschnitten bzw. elektrischen Formstäben zusammengesetzt sein. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen der Statorwicklung, beispielsweise gemäß der US 9,520,753 B2, verläuft der Strompfad der in Reihe geschalteten Leiterabschnitte mäanderförmig zumindest über einen Teilabschnitt des Kreisumfanges des Blechpakets. Diese Wicklungen können auch als Wel lenwicklungen bezeichnet werden. Solche Wellen Wicklungen sind hinsichtlich ihrer Verschal tungsmöglichkeiten relativ unflexibel.
Aus der DE202016001273U1 ist ein Stator für eine elektrische Außenrotor-Radialflussma- schine bekannt. Dieser Stator weist eine Mehrphasen-Statorwicklung aus flexiblem Wick lungsdraht auf, wobei der Wicklungsdraht auf die einzelnen Statorzähne bzw. auf die soge nannten Polschuhe des Blechpakets aufgewickelt ist und eine Vielzahl von Einzelspulen aus bildet. Diese Einzelspulen können auch als Zahnspulenwicklungen bezeichnet werden. Ein derart aufgebauter Stator ist zur Erzielung hochvolumiger Produktionszahlen nur bedingt ge eignet. Zudem ist das gezeigte Wicklungsschema hinsichtlich seiner Verschaltungsmöglich keiten nur wenig flexibel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu über winden und einen verbesserten Stator zur Verfügung zu stellen, der eine große Flexibilität hinsichtlich seiner Verschaltungsmöglichkeiten bietet und dabei in hohen Stückzahlen mög lichst kostengünstig gefertigt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Stator und eine elektrische Maschine gemäß den Ansprüchen gelöst. Ein erfindungsgemäßer Stator für eine elektrische Maschine umfasst
- ein im wesentlichen hohlzylindrisches Blechpaket mit einem ersten und einem zweiten axia len Stimende und mit mehreren entlang einer Kreisumfangsrichtung des Blechpakets verteilt angeordneten und sich entlang einer Längsachse des Blechpakets erstreckenden Aufnahmenu ten,
- mehrere durch Formstäbe gebildete elektrische Leiterabschnitte je Aufnahmenut, welche Leiterabschnitte durch vorbestimmte elektrische Verbindungen eine Statorwicklung ausbil den, welche Statorwicklung mehrere in radialer Richtung zur Längsachse des Blechpakets un mittelbar benachbarte Lagen aus Leiterabschnitten aufweist,
- wobei die Statorwicklung zumindest zwei elektrische Teilwicklungen pro Phasenwicklung bzw. Wicklungsstrang umfasst, welche Teilwicklungen durch mehre in Reihe geschaltete Lei terabschnitte gebildet sind, wobei erste und zweite elektrische Verbindung sab schnitte zwi schen elektrisch in Reihe geschalteten Leiterabschnitten dem ersten und dem zweiten axialen Stirnende des Blechpakets zugeordnet sind, und wobei zwei in Reihe geschaltete Leiterab schnitte ein Formstabpaar definieren.
Ein erfindungsgemäßer Stator ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass
- die zumindest zwei elektrischen Teilwicklungen jeweils zumindest durch ein erstes und ein zweites elektrisch in Serie geschaltetes Wicklungs segment gebildet sind, wobei Leiterab schnitte des ersten Wicklungssegments mittels den ersten und zweiten elektrischen Verbin dungsabschnitten derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass ein schraubenlinienför miger Strompfad entlang einer ersten Radialrichtung zur Längsachse des Blechpakets defi niert ist und Leiterab schnitte des zweiten Wicklungssegments mittels den ersten und zweiten elektrischen Verbindung sab schnitten derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass ein zweiter schraubenlinienförmiger Strompfad entlang einer entgegengesetzten, zweiten Radial richtung zur Längsachse des Blechpakets definiert ist.
Der erfindungsgemäße Stator zeichnet sich durch seine große Flexibilität hinsichtlich der Ver schaltungsmöglichkeiten, beispielsweise hinsichtlich der möglichen Anzahl an parallelen Zweigen bzw. Teilwicklungen, hinsichtlich der Sehnungsmöglichkeiten der Teilwicklungen und hinsichtlich der Anzahl an Leitern in den Aufnahmenuten aus. Zudem ist von Vorteil, dass das angegebene Wicklungs Schema mit sogenannten Formstäben bzw. Formstableitern umgesetzt werden kann, sodass umgangssprachlich eine Pin-Winding oder Hairpin-Winding geschaffen werden kann. Dies begünstigt eine hochvolumige Produktion von Statoren mit ho her bzw. gleichbleibender Fertigungsqualität. Insbesondere kann dadurch auch eine Kostenre duktion im Fertigungsprozess erreicht werden. Außerdem sind mit dem angegebenen Aufbau und mit dem hier beschriebenen Wicklungsmuster eine Vielzahl von Wicklungsspezifikatio nen realisierbar bzw. kann dadurch einer Vielzahl von Wicklung s Spezifikationen entsprochen werden.
Die Statorwicklung ist dabei aus mehreren Schleifen Wicklungen in Formstabtechnik ausge führt. Insbesondere ist vorgesehen, vielseitig einsetzbare Schleifenwicklungen in Formstab technik zu nutzen. Dabei sind in Reihe geschaltete Einzelspulen bzw. Wicklungssegmente aus stabförmigen Leiterab schnitten vorgesehen, welche in Reihe geschalteten Wicklungs Segmente unter dem gleichen Polpaar liegen und eine Teilwicklung einer einzelnen Phasenwicklung bzw. der Statorwicklung definieren.
Im Speziellen ist eine gleich große Anzahl an parallelen Zweigen bzw. Teilwicklungen wie die Polanzahl des Stators bzw. Motors umsetzbar.
Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn vom ersten und zweiten Wicklungs segment zwei in Kreisumfangsrichtung des Blechpakets unmittelbar aufeinanderfolgende magnetische Polabschnitte überspannt werden. Eine Teilwicklung weist dadurch genau zwei Polbedeckun gen auf, kann sich also in Bezug auf eine Momentanbetrachtung über einen Nord- und einen Südpol des Stators erstrecken.
Zudem kann vorgesehen sein, dass das erste Wicklungssegment und das zweite Wicklungs segment in Bezug auf ihre schraubenlinienförmigen Strompfade jeweils unmittelbar aufeinan derfolgende Leiterab schnitte aufweisen, welche unmittelbar aufeinanderfolgenden Leiterab schnitte jeweils um einen Lagensprung mit einem Sprungweitenbetrag„Eins“ in radialer Richtung zur Längsachse des Blechpakets zueinander versetzt bzw. zueinander beabstandet angeordnet sind. Dadurch ergibt sich in Draufsicht auf die Stirnseite des Stators eine zick zack-artige Anordnung der in Serie geschalteten Leiterabschnitte bzw. Formstäbe, wobei durch diesen Aufbau eine automatisierte Herstellung der Statorwicklung begünstigt werden kann. Zum Aufbau von ungesehnten Statorwicklungen bzw. Teilwicklungen ist es in einfacher Art und Weise möglich, den ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitten je Wick lungssegment identische erste Erstreckungsweiten zwischen in Kreisumfangrichtung des Blechpakets voneinander beabstandeten, elektrisch in Reihe geschalteten Leiterab schnitten zuzuweisen. Insbesondere kann durch gleichbleibende Nutanzahl-Sprungweiten ein einfache Planung bzw. Konzeption von ungesehnten Wicklungen erreicht werden.
Zur elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Wicklungs segment und dem zweiten Wicklungssegment kann in praktikabler Weise ein dritter elektrischer Verbindungsabschnitt ausgebildet sein, welcher dritte elektrische Verbindungsabschnitt im Vergleich zum ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitt eine größere zweite Erstreckungsweite, insbe sondere eine vergleichsweise größere Nutanzahl-Sprungweite aufweist.
Demgegenüber können zur Ausbildung von gesehnten Teilwicklungen die ersten und zweiten elektrischen Verbindung sab schnitte in jedem ihrer Wicklungssegmente zueinander unter schiedliche erste Erstreckungsweiten, insbesondere ungleiche Nutanzahl-Sprungweiten, zwi schen in Kreisumfangrichtung voneinander beabstandeten, elektrisch in Reihe geschalteten Leiterabschnitten aufweisen. Mit dem angegebenen Aufbau sind also auch gesehnte Stator wicklungen in relativ einfacher Art und Weise konzeptionier- und umsetzbar.
Ein Stator mit gesehnter Statorwicklung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Anzahl an verkürzten oder verlängerten zweiten Verbindung sab schnitten in jeder der Teilwicklungen identisch zur Bruchlochzahl q des Stators ist. Die verkürzten oder verlängerten zweiten Ver bindungsabschnitte sind dabei im Vergleich zu den ersten Verbindungsabschnitten kürzer o- der länger ausgebildet. Insbesondere ist dabei die Bruchlochzahl q identisch zur Anzahl der Aufnahmenuten pro magnetischem Polabschnitt, pro Phasenwicklung und pro Teilwicklung. Die Ausbildung von verkürzten oder verlängerten Verbindungsabschnitten ist abhängig da von, ob die Statorwicklung bzw. die jeweiligen Teil Wicklungen in Bezug auf die Kreisum fangsrichtung des Blechpakets nach links oder nach rechts gesehnt werden sollen.
Zur Umsetzung eines Stators mit Bruchlochzahl q=3 kann in einfacher Art und Weise ein drit tes Wicklungs segment vorgesehen sein, welches elektrisch in Serie mit dem zweiten Wiek- lungssegment geschaltet ist und dem ersten Wicklungssegment zum überwiegenden Teil über lagert ist, insbesondere mit diesem verschachtelt bzw. ineinandergreifend ausgebildet ist. Diese Überlagerung bzw. Überdeckung kann derart ausgeführt sein, dass eine dritte Wick lungsachse des dritten Wicklungs segments um wenigstens eine bis maximal sechs in Kreis umfangsrichtung des Blechpakets unmittelbar aufeinanderfolgende Aufnahmenuten gegen über einer ersten Wicklungsachse des ersten Wicklungssegments seitenversetzt ist.
Zur elektrischen Verbindung zwischen dem zweiten Wicklungs segment und dem dritten Wicklungssegment kann ein vierter elektrischer Verbindungsabschnitt ausgebildet sein, wel cher vierte elektrische Verbindungsabschnitt im Vergleich zum ersten und zweiten elektri schen Verbindung sab schnitt eine kleinere oder größere dritte Erstreckungsweite aufweist, ins besondere eine vergleichsweise geringere oder größere Nutanzahl-Sprungweite besitzt. Ein demgemäß verkürzter oder vergrößerter, vierter elektrischer Verbindungsabschnitt ist aus schließlich bei einer ganzzahligen Bruchlochzahl q größer Zwei ausgebildet. Diese relative Verkürzung oder Verlängerung des vierten elektrischen Verbindungsabschnittes ist abhängig davon, wo die Wicklungsanfänge der Teilwicklungen innerhalb der Phasenzonen der Stator wicklung sind. Solche Phasenzonen sind in den Fig. 2, 9 und 10 durch die Bereiche bzw. Auf nahmenuten mit Kreuzschraffur ersichtlich.
Bei dem angegebenen Stator kann auch erreicht werden, dass die Anzahl der Wicklungsseg mente identisch ist zur Bruchlochzahl q des Stators ist, insbesondere identisch ist zur Anzahl der Aufnahmenuten pro magnetischem Polabschnitt, pro Phasenwicklung und pro Teilwick lung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Stators kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass der vom ersten Wicklungs segment definierte Strompfad entweder (i) ausgehend von der radial in nersten Lage von Leiterab schnitten zur radial äußersten Lage von Leiterabschnitten führt, o- der vice versa (ii) ausgehend von der radial äußersten Lage von Leiterabschnitten zur radial innersten Lage von Leiterabschnitten führt, anschließend ohne einem Versatz in der Lage, ins besondere ohne Lagensprung bzw. ohne einem Wechsel in der Lage, mittels einem dritten elektrischen Verbindung sab schnitt zum zweiten Wicklungs segment geführt ist, und dass der Strompfad im zweiten Wicklungssegment entweder (i) ausgehend von der radial äußersten Lage von Leiterabschnitten zur radial innersten Lage von Leiterab schnitten geführt ist, oder vice versa (ii) ausgehend von der radial innersten Lage von Leiterabschnitten zur radial äu ßersten Lage von Leiterab schnitten geführt ist.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass jeweils zwei in den elektrischen Strompfaden unmittelbar aufeinanderfolgende Leiterab schnitte und jeweils ein diese Leiterabschnitte elektrisch jeweils verbindender erster Verbindungsabschnitt einteilig ausgebildet sind, insbesondere durch einen sogenannten Hair-Pin gebildet sind. Dadurch kann eine rationelle Herstellung erzielt werden bzw. kann dadurch die Anzahl der erforderlichen Kontaktierungs stellen, beispielsweise in Form von Schweißverbindungen, re duziert werden.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der erste Verbindungsab schnitt in dessen mittleren Abschnitt in Bezug auf eine senkrecht zur Längsmittelachse des Blechpakets verlaufende Ebene einen im wesentlichen S- oder Z-förmigen Umformungsab- schnitt aufweist. Dies begünstigt die Umsetzung eines Lagensprunges um„Eins“ in Bezug auf die beiden Leiterab schnitte eines U-förmigen Formstabpaares bzw. Hair-Pins.
Bei einem nach dem angegeben Wicklungsschema aufgebauten Stator kann auch vorgesehen sein, dass jede der Aufnahmenuten des Blechpakets durch Leiterabschnitte aus genau zwei pa rallel angeordneten Teilwicklungen in Bezug auf die Radialrichtung zur Längsachse des Blechpakets vollständig ausgefüllt ist. Das heißt, dass dadurch jede Aufnahmenut des Blech pakets mit den Leiterabschnitten von maximal zwei bzw. nur zwei parallel angeordneten Teil wicklungen vollständig besetzt sein kann. Dies kann produktionstechnische Vorteile bieten.
Entsprechend einer zweckmäßigen Maßnahme kann auch vorgesehen sein, dass das erste Wicklungssegment und das zweite Wicklungssegment ausgehend von deren jeweiligen Wick lungsanfängen in Richtung zu deren jeweiligen Wicklungsenden jeweils gleichsinnig gewi ckelt, beispielsweise jeweils rechtsdrehend gewickelt sind.
Zudem kann es zweckmäßig sein, wenn sämtliche Wicklungs Segmente einer mehrfach seg mentierten Teilwicklung elektrisch in Serie geschaltet sind und ausgehend von deren jeweili gen Wicklungsanfängen in Richtung zu deren jeweiligen Wicklungsenden jeweils gleichsin nig gewickelt, beispielsweise jeweils rechtsdrehend gewickelt sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein Wicklungsanfang der ersten Teilwicklung und ein Wicklungsanfang einer weiteren Teilwicklung, welche zur ersten Teilwicklung elektrisch in Serie oder elektrisch parallel geschaltet ist oder schaltbar ist, derart positioniert sind, dass deren Wicklungsanfänge in Aufnahmenuten angeordnet sind, welche derselben Phasenzone angehören. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn ein Wicklungsanfang der ersten Teilwicklung und ein Wicklungsanfang einer weiteren Teilwick lung, welche zur ersten Teilwicklung elektrisch in Serie oder elektrisch parallel geschaltet ist oder schaltbar ist, in derselben Aufnahmenut positioniert sind bzw. derselben Aufnahmenut zugeordnet sind. Dies ist insbesondere dann von Nutzen, wenn die Teilwicklungen der Stator wicklung ungesehnt ausgeführt sind. Im Betriebszustand des Stators bzw. der damit ausgestat teten elektrischen Maschine kann dadurch die maximal auftretende Spannungsdifferenz DU zwischen unmittelbar benachbarten Leiterabschnitten innerhalb der Aufnahmenuten - insbe sondere in Bezug auf die Radialrichtung zur Blechpaket-Längsachse - relativ gering gehalten werden. Dies hat Vorteile in Bezug auf technisch bzw. physikalisch vergleichsweise geringere Anforderungen an die elektrische Isolations Schicht der Leiterab schnitte. Beispielsweise ist es dadurch möglich, relativ dünne Isolations schichten vorzu sehen und somit den Füllfaktor in Bezug auf elektrisch leitfähiges Material je Aufnahmenut vorteilhaft zu verbessern.
Die vorstehend beschriebenen Wirkungen und technischen Effekte können auch dann erzielt werden, wenn in Bezug auf Aufnahmenuten mit dort ausgeführten Wicklungsanfängen, oder dort ausgeführten Wicklungsenden jeweils nur Wicklungsanfänge oder jeweils nur Wick lungsenden ausgeführt sind, also gattungsgleiche Anschlüsse bei mehreren spezifischen Auf nahmenuten des Blechpakets zusammengefasst bzw. gattungsgleich gruppiert sind. Insbeson dere kann dadurch die Spannungsbelastung zwischen jeweils zwei benachbarten Leiterab schnitten innerhalb einer Aufnahmenut verringert werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der erste und der letzte Leiterabschnitt von zumindest ei ner der Teilwicklungen jeweils durch einen I-Pin, insbesondere jeweils durch im Wesentli chen I-förmige Formstäbe, gebildet ist und alle dazwischen angeordneten Leiterab schnitte als elektrisch in Serie geschaltete Hair-Pins, insbesondere als U-förmige Formstabpaare, ausge führt sind. Dadurch ist es in vorteilhafter Art und Weise möglich, die Phasen- bzw. Leistungs anschlüsse für die Teilwicklungen jenem axialen Stimende des Stators zuzuordnen, in wel chem die sogenannte„Kronenseite“ der Statorwicklung vorliegt. Die„Kronenseite“ ist jenes Stirnende des Stators, in welchem entweder keine oder nur relativ wenige Schweiß- bzw. Ver bindungsstellen zwischen den Leiterabschnitten vorliegen, wenn die Statorwicklung zumin dest überwiegend aus Hair-Pins aufgebaut ist. Dadurch können die Leistungsanschlüsse zur elektrischen Energiebeaufschlagung der Phasenwicklungen bzw. der Teilwicklungen zuver lässig aufgebaut und unkompliziert hergestellt werden. Darüber hinaus ist dadurch ein mög lichst kompakter Aufbau des Stators bzw. seiner axialen Wicklungsköpfe erzielbar.
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist. Die damit erzielbaren technischen Effekte und vorteilhaften Wirkungen sind den vorher gehenden und den nachstehenden Beschreibungsteilen zu entnehmen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer und beispielhafter Darstellung:
Fig. 1 einen exemplarischen Stator, dessen Aufnahmenuten teilweise mit elektrischen
Leitern versehen sind, welche elektrischen Leiter zur Ausbildung einer Stator wicklung definiert zu verbinden sind;
Fig. 2 ein erfindungsgemäß ausgeführtes Wickelschema zur Ausbildung eines Wick lungsstranges bzw. einer Phasenwicklung eines zweipoligen Stators mit dreiphasi ger Statorwicklung;
Fig. 3 eine andere Darstellungsart des Wicklungsschemas für eine Teilwicklung des
Wicklungsstranges bzw. der Phasenwicklung nach Fig. 2;
Fig. 4a, 4b Ausführungsformen von sogenannten Hair-Pins mit parallel verlaufenden Leiter abschnitten, welche Bestandteil eines Wicklungs Stranges bzw. einer Phasenwick lung nach den Fig. 2 und 3 sein können;
Fig. 5 eine Ausführungsform von sogenannten I-Pins, welche derart umgeformt und elektrisch miteinander verbunden sind, dass sie einem Hair-Pin ähnlich sind und Bestandteil eines Wicklungsstranges bzw. einer Phasenwicklung nach den Fig. 2 und 3 sein können;
Fig. 6 eine Teilwicklung einer Statorwicklung, welche Teilwicklung zwei elektrisch in
Reihe geschaltete, jeweils als Schleifenwicklungen ausgeführte Wicklungsseg mente in Formstabausführung umfasst;
Fig. 7 eine Teilwicklung einer Statorwicklung, welche Teilwicklung drei elektrisch in
Reihe geschaltete, jeweils als Schleifenwicklungen ausgeführte, ineinander ver schachtelte bzw. ineinandergreifende Wicklungssegmente in Formstabausführung umfasst;
Fig. 8 die Hälfte eines Stators bzw. Stator-Blechpakets, in welches die Teilwicklung nach Fig 7 eingefügt wurde bzw. darin aufgenommen ist;
Fig. 9 ein erfindungsgemäß ausgeführtes Wickelschema mit mehreren Teilwicklungen zur Schaffung eines vierpoligen Stators mit dreiphasiger, ungesehnter Statorwick lung;
Fig. 10 ein erfindungsgemäß ausgeführtes Wickelschema mit mehreren Teilwicklungen zur Schaffung eines vierpoligen Stators mit dreiphasiger, gesehnter Statorwick lung;
Fig. 11 ein Wickelschema auf Basis von Fig. 2, bei welchem der maximal auftretende Po tentialunterschied zwischen unmittelbar benachbarten Leiterabschnitten innerhalb der Aufnahmenuten des Blechpakets vergleichsweise gering gehalten ist;
Fig. 12 ein Wickelschema auf Basis von Fig. 9, bei welchem der maximal auftretende Po tentialunterschied zwischen unmittelbar benachbarten Leiterabschnitten ver gleichsweise gering gehalten ist; Fig. 13 die Teilwicklungen TWa und TWb gemäß dem Wickelschema nach Fig. 11 in Pa rallelschaltung, wobei sie einen Wicklungsstrang bzw. eine Phasenwicklung einer dreiphasigen Statorwicklung in Dreieckschaltung ausbilden.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In Fig. 1 ist ein Stator 1 in einer Schrägansicht stark schematisch dargestellt. Der Stator 1 um fasst dabei ein im wesentlichen hohlzylindrisches Blechpaket 2 in welchem eine Vielzahl von Aufnahmenuten 4 in Kreisumfangsrichtung 10 verteilt angeordnet sind. Die Aufnahmenuten 4 sind dabei in Längsrichtung 11 durchgehend ausgebildet. In Fig. 1 sind beispielhaft mehrere elektrische Leiter 8 vor ihrer Verbindung zu einer elektrischen Wicklung dargestellt. Analog dazu ist aus Fig. 1 beispielhaft ersichtlich, dass mehrere elektrische Leiter 8 zur Ausbildung einer elektrischen Spule bzw. Wicklung in Kreisumfangsrichtung 10 des Blechpakets 2 verbo gen sein können und miteinander korrespondierende elektrische Leiter 8 miteinander verbun den vorliegen können.
Die Aufnahmenuten 4 des Blechpakets 2 können in Radialrichtung 12 in Richtung der Längs achse 3 des Stators 1 offen sein. Derartige Öffnungen können als Luftspalt 5 ausgebildet sein. Die Bereiche des Blechpakets 2, welche die Aufnahmenuten 4 in Richtung der Längsachse 3 begrenzen, können in Kreisumfangsrichtung 10 als Zahnkopf 6 ausgebildet sein. An der ge genüberliegenden Seite der jeweiligen Aufnahmenut 4, auch Jochseite genannt, befindet sich der Nutgrund 7. Die genaue Anzahl an Aufnahmenuten 4 sowie der darin aufgenommenen elektrischen Leiter 8 richtet sich nach der gewünschten Größe bzw. Auslegung der elektri schen Maschine.
Grundsätzlich können die Aufnahmenuten 4 unterschiedlichste Querschnittsformen aufwei sen, wobei sich zur Aufnahme von elektrischen Leitern 8 korrespondierende, rechteckige Querschnitte der Aufnahmenuten 4 bewährt haben. Zur Isolation der einzelnen elektrischen Leiter 8 zueinander sowie zum Blechpaket 2 ist es erforderlich zumindest eine Isolations schicht 9 fehlerfrei in Kreisumfangsrichtung 10 sowie Radialrichtung 12 durchgehend ge schlossen auszubilden, insbesondere an der Mantelfläche der Leiter 8 vorzusehen, wobei die elektrischen Leiter 8 zumindest innerhalb des Blechpakets 2 jeweils mit einer Isolations schicht 9 ummantelt sind.
Das im Wesentlichen hohlzylindrische Blechpaket 2 weist ein erstes und ein zweites axiales Stirnende l3a, l3b auf. Die elektrischen Leiter 8 in den Aufnahmenuten 4 sind vorzugsweise durch metallische Formstäbe, vorzugsweise aus Kupfer oder einem anderen elektrisch gut leitfähigen Material gebildet. Diese Formstäbe bilden dabei eine Mehrzahl von elektrischen Leiterabschnitten La, Lb aus, welche sich zumindest innerhalb der jeweils zugeordneten Auf nahmenuten 4 erstrecken. Diese Leiterab schnitte La, Lb können dabei durch sogenannte I- Pins definiert sein oder durch sogenannte Hair-Pins gebildet sein, in welchem letzteren Fall die Leiterabschnitte La, Lb die Schenkel dieser im Wesentlichen U-förmigen Leitersegmente darstellen.
Die elektrischen Leiterab schnitte La, Lb sind also mehrfach in jeder der Aufnahmenuten 4 an geordnet und wird durch vorbestimmte elektrische Verbindungen zwischen den kreisringför mig positionierten Leiterabschnitten La, Lb die plangemäße Statorwicklung 14 aufgebaut, welche Statorwicklung 14 zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfelds dient, wenn der Stator 1 mit ein- oder mehrphasiger elektrischer Energie beaufschlagt wird. Wie beispielhaft aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist eine solche Statorwicklung 14 im einsatzbereiten Zustand mehrere in radialer Richtung zur Längsachse 3 des Blechpakets 2 unmittelbar benachbarte La gen L aus Leiterabschnitten La, Lb auf. Die Zuführung von einphasigem Wechselstrom oder von mehrphasigem Wechselstrom (Drehstrom) erfolgt über dezidierte, nicht näher dargestellte Anschlussstellen an der Statorwicklung 14, wie dies allgemein bekannt ist.
Bei der beispielsgemäßen Statorwicklung 14 nach Fig. 2 sind insgesamt acht Lagen Ll bis L8 vorgesehen. Die Lagen Ll bis L8 setzen sich dabei aus einer Mehrzahl von in den Aufnahme nuten 4 positionierten Leiterabschnitten La, Lb zusammen. Typischerweise weist ein praxis gerechter Stator 1 eine gerade Anzahl von Lagen L, vorzugsweise ab 4 Lagen, insbesondere zwischen 4 und 12 Lagen auf. Der Durchmesser des Blechpakets 2, die Anzahl der ausgebil deten Aufnahmenuten 4, die Anzahl der Lagen L, sowie die axiale Länge des Stators 1 bzw. Blechpakets 2 sind im Wesentlichen davon abhängig, welche Leistungsdaten gefordert sind bzw. welche physikalischen Anforderungen an die aufzubauende elektrische Maschine beste hen.
Die Statorwicklung 14 umfasst zumindest zwei Teilwicklungen TWa, TWb. Ein erfindungs gemäß aufgebauter Stator 1 bzw. dessen Statorwicklung 14 kann insbesondere ein Vielfaches von zwei Teilwicklungen aufweisen, insbesondere zwei, vier, sechs, acht oder auch zehn Teil wicklungen umfassen, wie dies nachfolgend beschrieben ist. Die jeweiligen Teilwicklungen können dabei je elektrischer Phase in Serie und/oder parallel verschaltet sein. Mit dem nach folgend angegebenen Wickelschema ist eine Ausbildung von ein- oder mehrphasigen Stator wicklungen 14 möglich.
Bei einer mehrphasigen Statorwicklung 14 kann jede sogenannte Phasenwicklung PW bzw. jeder phasenzugehörige Wicklungs sträng aus zwei oder mehr Teilwicklungen TWa bis TWx zusammengesetzt sein, wobei x für eine gerade Zahl größer Zwei steht. Die in elektrischer Hinsicht eigene Spulen darstellenden Teilwicklungen TWa bis TWx können dabei je nach Anforderung bzw. Leistungsbedarf in Serie und/oder parallel geschaltet sein bzw. von einer Steuereinheit entsprechend geschaltet werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungs beispiel ist der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine einzige Phasenwicklung PW bzw. ein einziger Wicklungsstrang einer insgesamt dreiphasig vorgesehenen Statorwicklung 14 dargestellt.
In Fig. 2 ist ein vorteilhaftes Wickelschema für den Wicklungsstrang bzw. für die Phasen wicklung PW einer beispielsgemäß zweipoligen Statorwicklung 14 gezeigt. Diese Phasen wicklung PW umfasst zwei Teilspulen bzw. zwei elektrische Teilwicklungen TWa, TWb. Die beiden Teilwicklungen TWa und TWb können auch als erster und zweiter Wicklungszweig bzw. als erster und zweiter paralleler Pfad bezeichnet werden. Bei diesem zweipoligen Stator 1 erstreckt sich jede der Teilwicklungen TWa und TWb über den gesamten Kreisumfang, ins besondere über 360° des kreisringförmigen Blechpakets 2. Bei den nachfolgend beschriebe nen Ausführungsbeispielen erstrecken sich die einzelnen Teilwicklungen nur über einen Bruchteil des Kreisumfanges des Blechpakets. Das Blechpaket 2 gemäß Fig. 2 weist bei spielsgemäß achtzehn Aufnahmenuten 4 auf, wobei jede der Aufnahmenuten 4 jeweils acht Leiterabschnitte La oder Lb aufweist bzw. aufnimmt, sodass die Statorwicklung 14 insgesamt acht Lagen L besitzt, welche mit Ll bis L8 bezeichnet sind. Demnach ist eine Statorwicklung 14 bzw. eine Phasenwicklung PW mit insgesamt acht Lagen L dargestellt. Die Lage Ll kann dabei als die dem Luftspalt 5 - Fig. 1 - nächstliegende bzw. radial innerste Lage verstanden werden und die Lage L8 als die dem Nutgrund 7 - Fig. 1 - nächstliegende bzw. radial äu ßerste Lage L8 verstanden werden. Die dargestellte Statorwicklung 14 bzw. Phasenwicklung PW weist eine sogenannte Bruchlochzahl q=3 auf. Das heißt, dass die Anzahl der Aufnahme nuten 4 pro magnetischem Polabschnitt l9a oder l9b, pro elektrischer Phase bzw. Phasen wicklung PW und pro Teilwicklung TWa oder TWb exakt„Drei“ beträgt. Dies ist in Fig. 2 auch anhand der Dreier- Gruppen von Aufnahmenuten 4, welche mit einer Kreuzschraffur ver sehen sind, erkennbar.
Aus Fig. 2 ist weiters ersichtlich, dass die beiden dargestellten Teilwicklungen TWa und TWb beispielsgemäß der elektrischen Phase U zugehörig sind - siehe erste Zeile in Fig. 2. Zum Aufbau einer insgesamt dreiphasigen Statorwicklung 14 sind die in Fig. 2 als unbelegt darge stellten Abschnitte bzw. Aufnahmenuten 4 mit korrespondierenden, weiteren Teilwicklungen zu versehen. Insbesondere wiederholt sich der Aufbau der dargestellten Phasenwicklung PW für die Phase V und für die Phase W in den Aufnahmenuten 4 mit den Nummern 4 bis 6 und 13 bis 15 bzw. 7 bis 9 und 16 bis 18. Insbesondere ist lediglich ein Seitenversatz bzw. Nutver satz vorzusehen bzw. zu berücksichtigen, und wiederholt sich der Aufbau bzw. das Schema der Phasenwicklung PW für die Phase U sodann für die Phasenwicklungen der Phasen V und W. Die Phasenwicklungen PW für die Phasen V und W sind in der Darstellung gemäß Fig. 2 nur der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht enthalten. Insbesondere ist festzuhalten, dass in Fig. 2 lediglich eine Phasenwicklung PW, beispielsweise für die Phase U veranschaulicht ist. Die komplette, dreiphasige Statorwicklung ist an eine dreiphasige Spannungsquelle anzu schließen, wobei sich ein magnetisch zweipoliger Stator 1 ausbildet bzw. ein zweipoliges magnetisches Drehfeld einstellt.
Jede der Teilwicklungen TWa und TWb der Statorwicklung 14 bzw. der Phasenwicklung PW ist durch eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Leiterab schnitten La und Lb gebildet.
Diese Leiterab schnitte La und Lb können Bestandteil eines integral aufgebauten bzw. einteilig ausgeführten Leitungs segments, insbesondere eines sogenannten Hair-Pins sein, wie er in den Fig. 4a und 4b dargestellt ist. Alternativ können die Leiterabschnitte La und Lb auch jeweils durch sogenannte I-Pins gebildet sein, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist. Demnach können die Leiterabschnitte La und Lb durch die Schenkel eines im wesentlichen U-förmigen Lei tungssegments, insbesondere durch einen sogenannten Hair-Pin - Fig. 4a, 4b - definiert sein. Die Leiterabschnitte La und Lb können aber auch durch den Mittelabschnitt von sogenannten I-Pins, welche elektrisch in Serie geschaltet sind, definiert sein - Fig. 5.
Die Teilwicklungen TWa und TWb sind jeweils durch mehrere in Reihe geschaltete Leiterab schnitte La und Lb gebildet, wobei erste und zweite elektrische Verbindungsabschnitte VBa, VBb zwischen elektrisch in Reihe geschalteten Leiterabschnitten La, Lb abwechselnd dem ersten und dem zweiten axialen Stirnende l3a, l3b des Blechpakets 2 - Fig. 1 - nächstliegend zugeordnet sind. Die ersten Verbindungsabschnitte VBa bilden dabei eine elektrische Verbin dung zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Leiterab schnitten La und Lb aus. Demge genüber bilden die zweiten Verbindungsabschnitte VBb eine elektrische Verbindung zwi schen einem Leiterabschnitt Lb und einem seriell daran anschließenden Leiterabschnitt La aus. Gemäß den Fig. 4a, 4b und 5 werden also mittels dem Verbindungsabschnitt VBa die zwei Leiterabschnitte La und Lb elektrisch in Serie geschaltet und definieren dadurch ein Formstabpaar 16. Ein solches Formstabpaar 16 kann über den Verbindungsabschnitt VBb mit einem seriell anschließenden bzw. unmittelbar benachbarten Formstabpaar 16 elektrisch in Serie geschaltet werden, sodass insgesamt eine sogenannte Schleif enwicklung 15 aufgebaut werden kann, wie sie beispielhaft in den Fig. 6, 7 veranschaulicht ist. In Fig. 2 sind dabei die ersten Verbindungsabschnitte VBa durch schmale Volllinien bzw. Pfeile dargestellt, während die zweiten Verbindungsabschnitte VBb durch vergleichsweise breite Volllinien bzw. Pfeile veranschaulicht sind. Die schmalen Linien können dabei gedanklich dem ersten axialen Stim- ende l3a nächstliegend zugeordnet werden, währen die breiten Linien gedanklich dem zwei ten axialen Stimende l3b des Stators 1 (Fig. 1) zugewiesen sind.
Die in Fig. 2 dargestellten Rechtecke mit Punktschraffur symbolisieren dabei Kontaktierungs stellen, insbesondere Schweißstellen, innerhalb der zweiten elektrischen Verbindungsab schnitte VBb. Die gemäß Fig. 2 vorgesehenen Leiterab schnitte La und Lb sind somit Teilab schnitte von sogenannten Hair-Pins, wie sie in den Fig. 4a, 4b beispielhaft veranschaulicht sind. Die in Fig. 2 dargestellten Zonen mit Diagonalschraffur zeigen jeweils die Wicklungsan fänge der Teilwicklungen TWa und TWb, während die Zonen mit Vertikalschraffur die jewei ligen Wicklungsenden der Teilwicklungen TWa und TWb repräsentieren. Diese Schraffur- Zuweisungen gelten auch für die Wicklungsschemen gemäß den Fig. 9 und 10.
In Bezug auf die zu Fig. 2 alternative Darstellungsart in Fig. 3 ist ein Formstabpaar 16, wel ches aus den Leiterab schnitten La und Lb gebildet ist, durch ein Paar aus Kreuz- und/oder Ringsymbolen identifizierbar. Ein solches Paar aus Kreuz- und/oder Ringsymbolen weist identische Nummern und einen gleichen, voranstehenden Buchstaben auf. Beispielsweise die zwei Kreuzsymbole mit der Bezeichnung A4 definieren ein solches Formstabpaar 16 aus Lei terabschnitten La, Lb. Weiters bilden beispielsweise die Leiter stabpaare bei A3-A3, A2-A2 und Al -Al jeweils ein Formstabpaar 16 mit einem ersten Leiterab schnitt La in der Aufnah menut mit der Nummer 1 und einen zweiten Leiterab schnitt Lb in der Aufnahmenut mit der Nummer 10 aus. Die elektrische Verbindung zwischen zwei Leiterab schnitten La, Lb eines Formstabpaares 16, beispielsweise in Bezug auf das Formstabpaar 16 zwischen den Kennun gen Al, ist als Verbindungsabschnitt VBa bezeichnet. Demgegenüber ist ein elektrischer Übergang bzw. Verbindungsabschnitt zwischen einem seriell daran anschließenden bzw. elektrisch in Serie geschalteten nachfolgenden Formstabpaar 16, beispielsgemäß in Bezug auf die Kennungen A2-A2, durch den elektrischen Verbindungsabschnitt VBb definiert bzw. ge bildet. Die ersten Verbindungsabschnitte VBa können dabei dem ersten axialen Stirnende l3a des Blechpakets 2 nächstliegend zugeordnet sein und die zweiten Verbindungsabschnitte VBb können dem zweiten axialen Stirnende l3b des Blechpakets 2 - Fig. 1 - nächstliegend zuge ordnet sein.
Wesentlich ist, wie dies aus Fig. 2, oder auch aus den Fig. 3 und Fig. 6, 7 ersichtlich ist, dass die zumindest eine elektrische Teilwicklung TWa bzw. jede der implementierten Teilwicklun gen TWa bis TWx einer auszubildenden Statorwicklung 14 bzw. Phasenwicklung PW zumin dest durch ein erstes und ein zweites elektrisch in Serie geschaltetes Wicklungssegment WSa, WSb gebildet ist. Der Index„x“ steht hier und auch nachfolgend jeweils für eine Zählervari able. Leiterab schnitte La, Lb des ersten Wicklungssegments WSa sind dabei mittels den ers ten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitten VBa, VBb derart elektrisch miteinander verbunden, dass ein schraubenlinienförmiger Strompfad l7a entlang einer ersten Radialrich- tung l8a zur Längsachse 3 des Blechpakets 2 - siehe den unteren Abschnitt von Fig. 3 - defi niert ist. Zudem sind Leiterab schnitte La, Lb des zweiten Wicklungssegments WSb mittels den ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitten VBa, VBb derart elektrisch mit einander verbunden, dass ein zweiter schraubenlinienförmiger Strompfad l7b definiert ist. Dieser zweite schraubenlinienförmige Strompfad l7b verläuft entlang einer entgegengesetz ten, zweiten Radialrichtung l8b zur Längsachse 3 des Blechpakets 2. Die erste Radialrichtung l8a kann dabei in Bezug auf eine radiale Verkleinerung gegenüber der Längsachse 3 definiert sein, während die entgegengesetzte zweite Radialrichtung l8b eine radiale Vergrößerung ge genüber der Längsachse 3 des Blechpakets 2 bedeuten kann. Es ist aber ebenso hierzu inverse Richtungszuordnung in Bezug auf die Strompfade l7a und l7b möglich. Das zweite Wick lungssegment WSb ist dabei in Bezug auf die Kreisumfangsrichtung 10 des Blechpakets ge genüber dem ersten Wicklungssegment WSa seitenversetzt angeordnet, insbesondere zur Gänze in zum ersten Wicklungs segment WSa unterschiedlichen bzw. insgesamt anderen Auf nahmenuten 4 aufgenommen.
Wie vor allem aus Fig. 2 entnehmbar ist, erstrecken sich das erste und das zweite Wicklungs segment WSa, WSb, welche in Zusammenwirken ein Bestandteil der Teilwicklung TWa bzw. TWb sind, insgesamt über zwei in Kreisumfangsrichtung 10 unmittelbar aufeinander folgende magnetische Polabschnitte l9a und l9b. Somit weist eine solche Teilwicklung TWa bzw. TWb eine Polbedeckung von„Zwei“ auf, wie dies am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist. Mit an deren Worten ausgedrückt, erstreckt sich jede der ausgebildeten Teilwicklungen TWa bis TWx über ein magnetisches Polpaar, also über zwei in Kreisumfangsrichtung 10 des Blechpa kets 2 unmittelbar aufeinanderfolgende Polabschnitte l9a und l9b. Auch bei Statorwicklun gen 14 welche ein geradzahliges mehrfaches von„Zwei“ als Polzahl aufweisen (vier-, sechs-, achtpolig usw.), erstrecken sich die jeweils ausgeführten Teilwicklungen TWa bis TWx stets über ein magnetisches Polpaar, also über zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Pole des aus- zubildenden Stators 1, wie dies auch den nachfolgenden Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 9 und 10 entnehmbar ist.
Wie weiters jeweils aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weisen das erste Wicklungssegment WSa und das zweite Wicklungssegment WSb in Bezug auf ihre schraubenlinienförmigen Strompfade l7a, l7b jeweils unmittelbar aufeinander folgende Leiterab schnitte La und Lb auf, welche Leiterabschnitte La, Lb jeweils um einen Lagensprung mit einem Sprungweiten betrag„Eins“ in radialer Richtung zur Längsachse 3 des Blechpakets 2 zueinander versetzt angeordnet sind. Beispielsgemäß ist der Leiterab schnitt Lb mit der Kennung Al in der Lage L2 aufgenommen, während der Leiterabschnitt La mit der Kennung Al in der Lage Ll aufge nommen ist. Dieses Schema setzt sich fort für sämtliche Leiterabschnitte La und Lb des Wicklungssegments WSa bzw. WSb. Dies gilt auch für das nachfolgendend noch beschrie bene dritte Wicklungssegment WSc.
Wie weiters am besten aus einer Zusammenschau von Fig. 2 und Fig. 3 entnehmbar ist, kann zur Schaffung einer ungesehnten Statorwicklung 14 bzw. zur Schaffung von ungesehnten Teilweilwicklungen TWa bis TWx vorgesehen sein, dass die ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitte VBa, VBb je Wicklungssegment WSa, WSb identische erste Erstre ckungsweiten 20a, 20b aufweisen (Fig. 3, oben). Diese Erstreckungsweiten 20a, 20b zwischen den unmittelbar aufeinander folgenden Feiterabschnitten Fa, Fb kann auch als Nutanzahl- Sprungweite bzw. häufig auch als Spulenweite bezeichnet werden. Beispielsgemäß betragen die Erstreckungsweiten 20a, 20b des ersten und zweiten Wicklungssegments WSa, WSb je weils zehn Aufnahmenuten. Insbesondere beträgt die beispielsgemäße Erstreckungsweite 20a, 20b zwischen den in Kreisumfangsrichtung 10 voneinander beabstandeten, elektrisch in Reihe geschalteten Feiterabschnitten Fa, Fb hierbei 10. Es sind jedoch je nach Dimensionierung bzw. Auslegung des Stators 1 auch von 10 abweichende Erstreckungsweiten 20a, 20b mög lich.
Die in den Fig. 2, 3 beispielhaft dargestellte Teilwicklung TWa umfasst weiters einen dritten elektrischen Verbindung sab schnitt VBc, welcher eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wicklungs segment WSa, WSb aufbaut. Dieser dritte elektrische Ver bindungsabschnitt VBc weist im Vergleich zum ersten und zweiten elektrischen Verbindungs abschnitt VBa, VBb eine größere, zweite Erstreckungsweite 20c auf. Beispielsgemäß beläuft sich diese zweite Erstreckungsweite 20c auf 11, insbesondere erstreckt sich der dritte elektri sche Verbindung sab schnitt VBc zwischen elf unmittelbar aufeinanderfolgenden Aufnahmenu ten. Insbesondere bedeutet dies eine vergleichsweise größere Nutanzahl bzw. Sprungweite als bei den elektrischen Verbindungsabschnitten VBa und VBb. Wie weiters am besten den Fig. 2, 3 zu entnehmen ist, kann die zumindest eine Teilwicklung TWa bzw. jede der vorhandenen Teilwicklungen TWa bis TWx einer Statorwicklung 14 ein drittes Wicklungssegment WSc umfassen. Dadurch wird eine Bruchlochzahl von q=3 ge schaffen. Dieses dritte Wicklungs segment WSc ist dabei elektrisch in Serie mit dem zweiten Wicklungssegment WSb geschaltet. Hinzu kommt, dass dieses dritte Wicklungs segment WSc dem ersten Wicklungs segment WSa in baulicher Hinsicht zum überwiegenden Teil überlagert ist. Insbesondere ist das dritte Wicklungssegment WSc mit dem ersten Wicklungssegment WSa verschachtelt bzw. ineinander verwoben, wie dies durch die Darstellungen aus den Fig.
2 und 3 aber auch durch die Darstellung in Fig. 7 ersichtlich ist. Insbesondere ist dabei vorge sehen, dass eine dritte Wicklungsachse WAc des dritten Wicklungssegments WSc um we nigstens eine bzw. wenigstens zwei bis maximal sechs unmittelbar aufeinanderfolgende Auf nahmenuten 4 gegenüber einer ersten Wicklungsachse WAa des ersten Wicklungs segments WSa in Kreisumfangsrichtung 10 des Blechpakets 2 seitenversetzt ist. Das dritte Wicklungs segment WSc ist somit in Bezug auf ihre überwiegende Grund- bzw. Wirkfläche dem ersten Wicklungssegment WSa überlagert bzw. mit diesem quasi verflochten. Zu einem erheblich geringeren Flächen- bzw. Wirkanteil ist das dritte Wicklungssegment WSc dem zweiten Wicklungssegment WSb überlagert bzw. mit diesem verflochten, wie dies am besten der Dar stellung gemäß Fig. 7 zu entnehmen ist.
Zur elektrischen Verbindung zwischen dem zweiten Wicklungs segment WSb und dem dritten Wicklungssegment WSc ist ein vierter elektrischer Verbindungsabschnitt VBd ausgebildet. Dieser vierte elektrische Verbindungsabschnitt VBd weist im Vergleich zum ersten und zwei ten elektrischen Verbindungsabschnitt VBa, VBb eine beispielsgemäß kleinere, dritte Erstre ckungsweite 20d auf. Beispielsgemäß ist diese vergleichsweise kleinere bzw. geringere dritte Erstreckungsweite 20d über eine Nutanzahl-Sprungweite von„8“ ausgeführt. Alternativ kann dieser vierte elektrische Verbindungsabschnitt VBd auch eine vergleichsweise größere bzw. längere Erstreckungsweite 20d aufweisen. Dies tritt dann auf, wenn die Wicklungsanfänge und Wicklungsenden der jeweiligen Teilwicklungen TWa bis TWc anders, insbesondere ge gengleich gewählt sind. Ein solcher verkürzter respektive verlängerter, vierter elektrischer Verbindungsabschnitt VBd ist dabei ausschließlich bei einer ganzzahligen Bruchlochzahl grö ßer Zwei bzw. bei der Ausbildung von drei seriell miteinander verschalteten Wicklungsseg menten WSa, WSb und WSc ausgebildet. Insbesondere ist es zweckmäßig bzw. kennzeich- nend, dass die Anzahl der Wicklungssegmente WSa, WSb, WSc, WSx identisch zur Bruch lochzahl q des Stators 1 bzw. der Statorwicklung 14 ist. Unter Bruchlochzahl ist dabei die An zahl der Aufnahmenuten 4 pro Polabschnitt l9a oder l9b und pro Phasenwicklung PW bzw. pro Strang der Statorwicklung 14 zu verstehen. Demgemäß beträgt die Bruchlochzahl q=2 bei zwei Wicklungs Segmenten WSa, WSb. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die
Bruchlochzahl q=4 betragen und sind dabei vier Wicklungssegmente WSa, WSb, WSc, WSd ausgebildet.
Die entsprechenden Zusammenhänge können auch tabellarisch wie folgt dargestellt werden:
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Es ist somit auch festzustellen, dass die wenigstens eine Teilwicklung TWa der Statorwick lung 14 bzw. einer Phasenwicklung PW ein erstes Wicklungssegment WSa umfasst, wobei der durch das erste Wicklungssegment WSa definierte Strompfad l7a entweder (i) ausgehend von der radial innersten Lage Ll (Luftspaltseite) von Leiterabschnitten La, Lb zur radial äu ßersten Lage L8 (Jochseite) von Leiterabschnitten La, Lb führt, oder vice versa (ii) ausgehend von der radial äußersten Lage L8 (Jochseite) von Leiterab schnitten La, Lb zur radial innersten Lage Ll (Luftspaltseite) von Lcitcrabschnittcn La, Lb führt, und anschließend ohne einem Versatz in der Lage L, d.h. ohne Lagensprung bzw. ohne einem Wechsel in der Lage L, mit- tels dem dritten elektrischen Verbindungsabschnitt VBc, welcher auch als verlängerter bzw. vergleichsweise längerer Verbindungsabschnitt bezeichnet werden kann, zum zweiten Wick lungssegment WSb geführt ist. Der Strompfad l7b im zweiten Wicklungssegment WSb ist sodann (i) ausgehend von der radial äußerten Lage L8 (Jochseite) von Leiterab schnitten La, Lb zur radial innersten Lage Ll (Luftspaltseite) von Leiterab schnitten La, Lb geführt, oder vice versa (ii) ausgehend von der radial innersten Lage Ll (Luftspaltseite) von Leiterabschnit ten La, Lb zur radial äußersten Lage L8 (Jochseite) von Leiterab schnitten La, Lb geführt.
Zudem ist den Fig. 2 und 3 jeweils zu entnehmen, dass das erste Wicklung s segment WSa und das zweite Wicklungs segment WSb ausgehend von deren jeweiligen Wicklungsanfängen 21 (Al) und 22 (A5) in Richtung zu deren jeweiligen Wicklungsenden 23 (A4) und 24 (A8) je weils gleichsinnig gewickelt, beispielsweise jeweils rechtsdrehend gewickelt sind. Alternativ wäre auch eine gleichsinnig linksverlaufende bzw. einheitlich jeweils linksdrehende Umset zung möglich.
Zur Ausbildung einer gewünschten Statorwicklung 14 bzw. Phasenwicklung PW kann es zweckmäßig, dass sämtliche Wicklungs Segmente WSa, WSb, WSc, WSx einer mehrfach seg mentierten Teilwicklung TWa bis TWx elektrisch in Serie geschaltet sind und ausgehend von deren jeweiligen Wicklungsanfang 21, 22, 25 in Richtung zu deren jeweiligen Wicklungsende 23, 24, 26 jeweils gleichsinnig gewickelt, beispielsweise jeweils rechtsdrehend gewickelt bzw. verlaufend sind.
Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die zweite Teilwicklung TWb in Bezug zur ers ten Teilwicklung TWa einen zweifach spiegelbildlichen Aufbau bzw. Verlauf auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Teilwicklung TWb gegenüber der ersten Teilwicklung TWa in Kreisumfangsrichtung 10 um eine einzige Aufnahmenut 4 seitenversetzt. Es liegt so mit eine Nutanzahl-Sprungweite von„Eins“ zwischen den physisch parallel angeordneten, in einander verschachtelten Teilwicklungen TWa und TWb vor, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die gedachte erste Spiegelachse ist dabei durch die Längsachse 3 des Blechpakets 2 defi niert. Die gedachte zweite Spiegelachse verläuft entlang der Kreisumfangsrichtung 10 des Blechpakets 2. Die erste und die zweite Teilwicklung TWa und TWb bilden ein zusammenge höriges bzw. korrespondierendes Paar von Teilwicklungen aus und erstrecken sich über genau ein Polpaar des Blechpakets 2, insbesondere über zwei aufeinanderfolgende Polabschnitte l9a und l9b.
Eine Teilwicklung TWa, TWb, TWc bzw. TWa bis TWx kann auch dadurch definiert sein, dass die von ihr induzierte Spannung, welche eine Vektorgröße ist, in Betrag und Phase gleich ist den induzierten Spannungen der anderen Teilwicklungen innerhalb der Phasenwicklung PW. Ihre zugehörigen Leiter gleicher Aufnahmenut tragen entsprechend den unterschiedli chen Amplituden der induzierten Spannungen jeweils Sorge.
Die Statorwicklung 14 bzw. deren Teilwicklungen TWa bis TWx können durch Formstablei ter bzw. Leiterabschnitte La, Lb aufgebaut werden, welche als sogenannte Hair-Pins - Fig. 4a, Fig. 4b - oder als sogenannte I-Pins - Fig. 5 - ausgeführt sind. Bei einer Hair-Pin-Umsetzung gemäß den Fig. 4a, 4b sind jeweils zwei in den elektrischen Strompfaden l7a, l7b, l7c (Fig.
3) unmittelbar aufeinanderfolgende Leiterabschnitte La, Lb und jeweils ein diese Leiterab schnitte La, Lb elektrisch jeweils verbindender erster Verbindung sab schnitt VBa einteilig aus gebildet. Wie in Fig. 5 veranschaulicht, können aber auch sogenannte I-Pins eingesetzt wer den, deren Mittelabschnitte jeweils die Leiterabschnitte La, Lb darstellen und deren umge formte und vorzugsweise miteinander verschweißte erste Endabschnitte den ersten elektri schen Verbindung sab schnitt VBa definieren. Die zu den ersten Endabschnitten gegenüberlie genden zweiten Endabschnitte der Leiterab schnitte La, Lb definieren die zweiten Verbin dungsabschnitte VBb zur elektrischen Verbindung mit einem seriell anzuschließenden, weite ren I- oder Hair-Pin. Gemäß Fig. 4a können die zweiten Verbindung sab schnitte VBb derart umgeformt sein, dass sie aufeinander zu gerichtet sind. Gemäß Fig. 4b können die zweiten Verbindungsabschnitte VBb aber auch derart umgeformt sein, dass sie zueinander parallel verlaufen bzw. in einheitliche Richtungen weisen.
Die in Fig. 2 und in den Fig. 9, 10 dargestellten, mit einer Punktschraffur versehenen Recht ecke an den breiten Linien bzw. im Mittelabschnitt der jeweiligen Pfeile symbolisieren Kon taktierungsstellen, insbesondere Schweißstellen, zwischen zwei zweiten elektrischen Verbin dungsabschnitten VBb von elektrisch in Reihe geschalteten, im wesentlichen deckungsgleich positionierten Formstabpaaren 16, wie sie in Fig. 4a schematisch veranschaulicht sind. In den Fig. 2 und in den Fig. 9, 10 ist somit der Einsatz von Hair-Pins bzw. von einteiligen, im we sentlichen U-förmigen Formstabpaaren 16 gezeigt.
Zweckmäßig kann es sein, wenn sich jedes der Wicklungs Segmente WSa, WSb und WSc bzw. WSa bis WSx in Bezug auf die Kreisumfangsrichtung 10 des Blechpakets 2 über mehr als zwei, also zumindest über drei unmittelbar benachbarte Aufnahmenuten 4 erstreckt. Somit sind die ersten und die zweiten Erstreckungsweiten 20a und 20b der ersten und zweiten elektrischen Verbindung sab schnitte VBa und VBb größer oder gleich dem Dreifachen des Quer- bzw. Seitenabstandes zwischen zwei unmittelbar benachbarten Aufnahmenuten 4 des Blechpakets 2. Bei der Ausführung nach Fig. 2 belaufen sich die Nutanzahl-Sprungweiten der Verbindungsabschnitte VBa und VBb respektive der unmittelbar aufeinanderfolgenden Lei terabschnitte La und Lb beispielsweise auf„Neun“.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer Teilwicklung einer Statorwicklung 14, beispiels weise einer Teilwicklung TWa veranschaulicht. Dieser strukturelle Grundaufbau wiederholt sich in korrespondierender Art für die Teilwicklungen TWb bis TWx. Die dargestellte Teil wicklung TWa ist in Formstabtechnik ausgeführt und umfasst eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Hair-Pins. Das gezeigte Wickelschema ergibt eine Bruchlochzahl q=2, nachdem die Anzahl der unmittelbar aufeinanderfolgenden Aufnahmenuten 4 pro Magnetpol und Phase„2“ ist. Im Vergleich dazu beträgt bei der Teilwicklung TWa nach Fig. 7 die soge nannte Bruchlochzahl q=3. Die Wicklungssegmente WSa und WSb der Teilwicklung TWa nach Fig.6 und auch die Wicklungssegmente WSa, WSb und WSc der Teilwicklung TWa nach Fig.7 sind jeweils durch in Formstabtechnik ausgeführte Schleifenwicklungen 15 gebil det. Die Wicklungssegmente WSa und WSb (Fig. 6) bzw. die Wicklungs Segmente WSa, WSb und WSc (Fig. 7) sind jeweils elektrisch in Serie geschaltet.
Wie am besten aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist das dritte Wicklungs segment WSc gegenüber dem ersten Wicklungssegment WSa verschachtelt angeordnet, insbesodere zum überwiegenden Teil gegenüber dem ersten Wicklungssegment WSa überdeckend positioniert. Deren Wick lungsachsen WAa und WAc sind um eine der Bruchlochzahl q-l entsprechende Anzahl an Aufnahmenuten 4 in Kreisumfangsrichtung 10 zueinander versetzt, beispielsgemäß um zwei Aufnahmenuten 4 seitenversetzt.
Entsprechend einer zweckmäßigen Maßnahme, wie sie in den Fig. 6 und 7 am besten ersicht lich ist, kann auch vorgesehen sein, die ersten Verbindungsabschnitte VBa der einzelnen Hair-Pins bzw. Formstabpaare 16 in ihrem mittleren Abschnitt in Bezug auf eine senkrecht zur Längsmittelachse des Blechpakets verlaufende Ebene 27 mit einem im wesentlichen S- oder Z-förmigen Umformungsabschnitt 28 zu versehen. Dadurch sind die Verbindungsab schnitte VBa derart geformt, dass ein Lagensprung um„Eins“ in Bezug auf unmittelbar aufei nanderfolgende Leitung sab schnitten La und Lb eines Hair-Pins geordnet umsetzbar ist. Die in den Fig. 6 und 7 jeweils als Schleifenwicklungen 15 ausgeführten Wicklungssegmente WSa, WSb bzw. WSc zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass diese Wicklungsseg mente WSa, WSb bzw. WSc jeweils durch eine Mehrzahl von entlang der Wicklungsachse WAa, WAb bzw. WAc aneinandergereihten, elektrisch in Serie geschalteten Formstabpaaren 16 gebildet sind.
Fig. 8 zeigt, wie die Teilwicklung TWa gemäß Fig. 7 in ein Blechpaket 2 eingesetzt sein kann, um so eine Teilkomponente eines Stators 1 auszubilden. Lediglich der besseren Über sichtlichkeit wegen wurde hier lediglich die Hälfte eines Stators 1 veranschaulicht. Das Blechpaket 2 gemäß Fig. 8 weist beispielsgemäß insgesamt 72 Aufnahmenuten 4 auf und ist zur Umsetzung einer insgesamt dreiphasigen Statorwicklung mit acht Magnetpolen vorgese hen.
In Fig. 9 ist unter anderem das Wicklungs Schema der Teilwicklung TWa veranschaulicht, welche Teilwicklung TWa dann in den Fig. 7 und 8 physisch umgesetzt dargestellt ist. Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen unter anderem eine Teilwicklung TWa, welche eine Teilkom ponente einer aufzubauenden Statorwicklung darstellt.
Das in Fig. 9 gezeigte Wicklungsschema ist zur Bereitstellung von vier magnetischen Polen ausgebildet und für ein Blechpaket 2 mit 36 Aufnahmenuten 4 konzipiert. Lediglich der Voll ständigkeit wegen wird festgehalten, dass das Wicklungsschema gemäß Fig. 9 nur eine ein zige Phasenwicklung PW einer herzustellenden Statorwicklung 14 zeigt. Diese Phasenwick lung PW umfasst vier Teilwicklungen TWa, TWb, TWc, TWd, welche sich insgesamt über 360° der Kreisumfangsrichtung 10 eines Blechpakets 2 mit insgesamt 36 Aufnahmenuten 4 erstrecken. Diese vier Teilwicklungen TWa, TWb, TWc, TWd ergeben eine vierpolige Stator wicklung 14, also eine Stator 1 mit einer Polpaarzahl von„zwei“. Der strukturelle Aufbau der Teilwicklung TWc ist dabei identisch zum strukturellen Aufbau der Teilwicklung TWa. Ana loges gilt für die Teilwicklungen TWb und TWd. Die Teilwicklungen TWa und TWc bzw. TWb und TWd sind jedoch in Bezug auf die Kreisumfangsrichtung 10 zueinander versetzt bzw. beabstandet angeordnet. Das Ausmaß dieses Seitenversatzes ist abhängig von der ge wünschten Polpaarzahl und Nutanzahl des herzu stellenden Stators 1. In Fig. 10 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform einer Statorwicklung 14 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Figuren verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegange nen Figuren hingewiesen bzw. Bezug genommen.
Insbesondere zeigt Fig. 10 ein Wickelschema zur Ausbildung einer gesehnten Statorwicklung 14, wobei auch hier nur eine einzige Phasenwicklung PW eines dreiphasigen, vierpoligen Sta tors 1 dargestellt ist. Das gegenständliche Wickelschema ist also auch zur Ausbildung von ge sehnten Statorwicklungen 14 bzw. gesehnten Teil Wicklungen TWa bis TWx einsetzbar.
Zur Ausbildung von gesehnten Teilwicklungen TWa, TWb, TWc, TWd weisen die ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitte VBa, VBb in jedem ihrer Wicklungssegmente WSa, WSb, WSc zueinander unterschiedliche erste Erstreckungsweiten 20a und 20b zwischen in Kreisumfangrichtung 10 voneinander beabstandeten, elektrisch in Reihe geschalteten Lei terabschnitten La, Lb auf. Insbesondere sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel Nutanzahl- Sprungweiten von 15 in Bezug auf die ersten Verbindungsabschnitte VBa vorgesehen, und Nutanzahl-Sprungweiten von 13 in Bezug auf die zweiten Verbindungsabschnitte VBb vorge sehen.
Kennzeichnend ist dabei auch, dass die Anzahl an verkürzten oder - wie nachstehend erläutert - verlängerten zweiten Verbindungsabschnitten VBb in jeder der Teilwicklungen TWa, TWb, TWc, TWd, welche verkürzten bzw. verlängerten zweiten Verbindungsabschnitte VBb im Vergleich zu den ersten Verbindungsabschnitten VBa kürzer bzw. länger ausgebildet sind, identisch zur Bruchlochzahl q des Stators 1 ist. Insbesondere ist die Anzahl an verkürzten bzw. verlängerten zweiten Verbindungsabschnitten VBb identisch zur Anzahl der Aufnahme nuten 4 pro magnetischem Polabschnitt l9a oder l9b, pro Phasenwicklung PW und pro Teil wicklung TWa, TWb, TWc oder TWd.
Es ist festzuhalten, dass bei einer gesehnten Statorwicklung 14 bzw. bei gesehnten Teilwick lungen TWa bis TWx der Seitenversatz bzw. Sprung in Bezug auf die Aufnahmenuten 4 wahlweise festgelegt werden kann. In Fig. 10 springen die mit Kreuz schraffur versehenen Zellen nach„rechts“, könnten aber auch nach„links“ springen. Die grau gefärbten Zellen zei gen in Fig. 10 eine Treppe die rechts beginnt. Die Sehnung der Teilwicklungen TWa bis TWx kann alternativ aber auch mit einem verlängerten Wickelschritt gemacht werden. Die mit Kreuzschraffur versehenen Zellen würden dann eine Treppe zeigen die links beginnt. Dem nach sind als Alternative zum Schema nach Fig. 10 auch verlängerte Verbindungsabschnitte VBb möglich.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass sich das Wickelschema dadurch auszeich net, dass pro U-förmigen Formstabpaar 16 bzw. pro Flair-Pin ein Lagensprung durchgeführt wird und dass ein vollständiger paralleler Zweig bzw. eine vollständige Teilwicklung TWa bis TWx pro Phasenwicklung PW zumindest ein bzw. genau ein Polpaar l9a und l9b in Um fangsrichtung des Blechpakets 2 abdeckt. Bei einer ungesehnten Statorwicklung 14 weisen die vorkommenden U-förmigen Formstabpaare 16 gleiche Schrittweite auf. Die Enden der ra dial in Serie und Zick-Zack-förmig geschalteten Formstabpaare 16 ergeben Wicklungsseg mente WSa bis WSx, welche auf der Luftspaltseite 5 oder Nutgrundseite 7 (Fig. 1) in der ent sprechenden obersten und untersten Lage (Statorjoch zugewandte Lage und Luftspalt zuge wandte Lage) zumindest einen verkürzten und einen verlängerten Wickelschritt mit verkürzter Erstreckungsweite 20d bzw. verlängerter Erstreckung s weite 20c aufweisen. Hierbei kann die oberste oder auch die untere Lage den verkürzten Wickelschritt oder vice versa enthalten.
Das Wickelschema zeichnet sich auch dadurch aus, dass bei Umsetzung einer gesehnten Wicklung entsprechend verkürzte Wickelschritte, mit zumindest der Anzahl wie der Bruch lochanzahl q Vorkommen. Die Bruchlochzahl q ist die Anzahl der Aufnahmenuten pro Phase, pro magnetischem Pol der Wicklung und pro Teilwicklung.
Weiters zeichnet sich das Wickelschema dadurch aus, dass die zu einem parallelen Zweig (Teilwicklung) zugehörigen, in Serie verschalteten, U-förmigen Formstabpaare (Hairpins) bzw. die damit ausgebildeten Strompfade zumindest von einer äußeren (oberste oder unterste) Lage zu der radial gegenüberliegenden innersten (unterste oder oberste) Lage führen - zweck mäßigerweise in der oben erwähnten Zick-Zack Form - dann mit einem verkürzten oder ver längerten Wickelschritt, ohne einem Lagesprung, zum in Umfangsrichtung benachbarten magnetischen Pol führen, um von dort an wiederum, aber gegenläufig, von der äußeren Lage zur gegenüberliegenden Lage zu führen. Die oben genannte Umsetzung mit U-förmigen Formstabpaaren 16 (Hair-Pins) ist ebenso mit I-förmigen Formstäben (I-Pins) darstellbar bzw. umsetzbar.
Unter einer ungesehnten Wicklung sind in der Regel Wicklungen bzw. Spulen zu verstehen, bei der die Spulenweite, welche auf die Kreisumfangsrichtung 10 des Blechpakets 2 bezogen ist, gleich der Polteilung ist. Unter Polteilung versteht man den Achsabstand zwischen aufei nander folgenden magnetischen Polen. Unter Spulenweite sind die zuvor genannten Erstre ckungsweiten 20a und 20b zu verstehen. Demgegenüber ist bei gesehnten Wicklungen bzw. Spulen die Spulenweite kleiner (oder auch größer) als die Polteilung.
Fig. 11 zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Wicklung s Schemas. Für vor hergehend bereits beschriebene Teile werden dabei die gleichen Bezugszeichen verwendet und sind die vorhergehenden Beschreibungsteile sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen übertragbar.
Die vorteilhaften technischen Effekte einer Ausführungsform nach Fig. 11 können dabei im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verdeutlicht werden. Beim Ausführungs beispiel nach Fig. 2 kann die Spannungsdifferenz DU (Delta U) zwischen zwei unmittelbar angrenzenden, also direkt benachbarten Leiterabschnitten La bzw. Lb innerhalb einer Aufnah menut 4 bis zur vollen Phasen- bzw. Aussenleiterspannung UL1-L2 betragen (Fig. 13 - strichliert dargestellte Pfeile), wenn beispielsweise die Teilwicklungen TWa und TWb elektrisch parallel geschaltet sind und einen Wicklungs sträng einer Statorwicklung 14 in Drei eckschaltung ausbilden, wie dies in Fig. 13 schematisch gezeigt ist. Insbesondere liegt bei der Ausführungsform nach Fig. 2 beispielsweise zwischen den unmittelbar benachbarten Leiter abschnitten La mit der Bezeichnung Al und B 12 in der Aufnahmenut 4 mit der Nummer 1 (für die Phase U) die gesamte Phasen- bzw. Aussenleiterspannung UL1-L2 an. Gleiches gilt beispielsweise in Bezug auf die direkt aneinander liegenden Leiterabschnitte La mit der Be zeichnung B 1 und A12 in der Aufnahmenut 4 mit der Nummer 3 für die elektrische Phase U, wie dies auch anhand einer Zusammenschau mit Fig. 13 ersichtlich ist (strichliert dargestellte Pfeile). Die Isolationsschicht 9 an den Mantelflächen der Leiterabschnitte La bzw. Lb muss somit für diese relativ hohe elektrische Potentialdifferenz, wie sie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 auftritt, ausgelegt sein. Beispielsweise ist eine entsprechend große Dicke der Iso lationsschicht 9 - Fig. 1 - an den Mantelflächen der Leiterabschnitte La bzw. Lb vorzusehen. Demgegenüber kann bei der vorteilhaften Ausführungsform nach Fig. 11 die maximal auftre tende Spannungsdifferenz DU zwischen unmittelbar benachbarten Leiterabschnitten La bzw. Lb (siehe den oberen Abschnitt von Fig. 11) deutlich reduziert bzw. gesenkt werden. Insbe sondere kann bei der Ausführungsform nach Fig. 11, welche analog zu Fig. 2 einen zweipoli gen, dreiphasig zu versorgenden Stator 1 mit insgesamt acht Lagen L1-L8 betrifft, die maxi mal auftretende Spannungsdifferenz DU zwischen unmittelbar benachbarten Leiterab schnit ten La oder Lb auf etwa ein Drittel (ca. 33%) der Phasen- bzw. Aussenleiterspannung UL1-L2 reduziert werden - siehe beispielsweise die unmittelbar benachbarten Leiterabschnitte La bzw. Lb mit der Bezeichnung Al und B4 in der Aufnahmenut 4 mit der Nummer 1 (für die Phase U) in Fig. 11 in Zusammenschau mit Fig. 13. Insbesondere können dadurch die physi kalischen Belastungen der Isolations Schicht 9 reduziert bzw. die Anforderungen an die elekt rotechnischen Isolationseigenschaften der Leiterabschnitte La, Lb vorteilhaft gesenkt werden. Letztendlich ist es dadurch möglich, die Dicke der Isolationsschicht zu reduzieren und in der Folge den Füllfaktor an elektrisch leitfähigem Material in den Aufnahmenuten 4 zu steigern.
Diese vorteilhafte Reduzierung der maximal auftretenden Potentialdifferenz DU zwischen un mittelbar benachbarten bzw. spaltfrei aneinander liegenden Leiterab schnitten La bzw. Lb kann dadurch erreicht werden, dass ein Wicklungsanfang 2la der ersten Teilwicklung TWa und ein Wicklungsanfang 2lb einer weiteren Teilwicklung TWb, TWc, TWd, welche zur ers ten Teilwicklung TWa elektrisch in Serie oder elektrisch parallel schaltbar ist oder geschaltet ist, derart positioniert sind, dass diese Wicklung sanfänge 2la und 2lb (Fig. 11, 12) in Auf nahmenuten 4 angeordnet sind, welche derselben Phasenzone Pz angehören. Zu einer Phasen zone Pz zählen dabei jene Aufnahmenuten 4 bzw. all jene darin angeordneten Leiterabschnitte La oder Lb, welche zur selben Phase U, V oder W zugeordnet sind und dem selben Magnet pol bzw. Polabschnitt l9a oder l9b des Stators 1 angehören, und somit im Betriebszustand des Stators 1 gleichsinnig stromdurchflossen sind. Bei den Darstellungen in den Fig. 2 und 9- 12 sind die Phasenzonen Pz für die Phase U durch die Bereiche bzw. Aufnahmenuten 4 mit Kreuzschraffur ersichtlich.
Zweckmäßig kann es auch sein, wenn ein Wicklungsanfang 2la der ersten Teilwicklung TWa in der radial innersten Lage Ll und ein Wicklungsanfang 2lb der weiteren Teilwicklung TWb, welche mit der ersten Teilwicklung TWa elektrisch in Serie oder elektrisch parallel zu schalten ist, in der radial äußersten Lage L8 positioniert ist, wie dies in den Fig. 11, 12 veran schaulicht ist. Es ist aber auch eine hierzu inverse Zuordnung möglich, bei der Wicklungsan fang 2la der radial äußersten Lage L8 und der Wicklungsanfang 2lb der radial innersten Lage Ll der Statorwicklung 14 zugeordnet ist. Demnach sind die Wicklungsanfänge 2la, 2lb von zwei elektrisch in Serie oder elektrisch parallel zu schaltenden Teilwicklungen TWa, TWb zum Einen in der radial innersten Lage Ll und zum Anderen in der radial äußersten Lage L8 der Statorwicklung 14 ausgebildet.
Vor allem dann, wenn die Teilwicklungen TWa-TWx der Statorwicklung 14 als ungesehnte Wicklungen ausgeführt sind (Fig. 2, 3, 9, 11, 12), kann es zweckmäßig sein, wenn ein Wick lungsanfang 2la der ersten Teilwicklung TWa und ein Wicklungsanfang 2lb einer weiteren Teilwicklung TWb-TWx, welche zur ersten Teilwicklung TWa elektrisch in Serie oder elektrisch parallel schaltbar ist oder geschaltet ist, in derselben Aufnahmenut 4 positioniert bzw. angeordnet sind. Wie aus Fig. 11 beispielsgemäß ersichtlich ist, sind der Wicklungsan fang 2la der Teilwicklung TWa (Al) und der Wicklungsanfang 2lb der Teilwicklung TWb (Bl) derart gewählt, dass sie derselben Aufnahmenut 4 zugeordnet sind, beispielsgemäß der Nut mit der Nummer 1 zugewiesen sind.
Analog zur Systematik bezüglich der Wicklungsanfänge 2la, 2lb sind sodann ein Wicklungs ende 26a (A12) der ersten Teilwicklung TWa und ein Wicklungsende 26b (B12) einer weite ren, seriell oder parallel verbunden Teilwicklung TWb-TWx in derselben, d.h. identischen Aufnahmenut 4 positioniert, wie dies in den Fig. 11 und 12 anhand der Aufnahmenut 4 mit der Nummer 12 (für die Phase U) ersichtlich ist.
In Bezug auf die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 11 und Fig. 12, bei welchen die maximal auftretende Spannungsdifferenz DU zwischen unmittelbar benachbarten Leiterab schnitten La bzw. Lb vorteilhaft niedrig ist, ist weiters kennzeichnend, dass in Aufnahmenuten 4 mit dort ausgeführten Wicklungsanfängen 2la, 2lb (siehe die Felder Al, Bl bzw. Cl, Dl), oder mit dort ausgeführten Wicklungsenden 26a, 26b (siehe die Felder A12, B12 bzw. C12, D12) je weils nur Wicklungsanfänge 2la, 2lb (Al, Bl; Al, Dl; Bl, Cl) oder jeweils nur Wicklungs enden 26a, 26b (A12, B12; C12, D12) ausgeführt sind. Demnach sind in jenen Aufnahmenu ten 4, in welchen Leistungsanschlüsse zur elektrischen Energieversorgung der Statorwicklung 14 vorgesehen sind, entweder nur Wicklungsanfänge 2la, 2lb oder nur Wicklungsenden 26a, 26b ausgeführt, wie dies in Fig. 11 und Fig. 12 ersichtlich ist. Insbesondere ist eine gattungs gleiche Sortierung bzw. Gruppierung der Wicklungsanfänge 2la, 21 und der Wicklungsenden 26a, 26b in Bezug auf jeweils genutzte Aufnahmenuten 4 des Blechpakets 2 vorgesehen.
Fig. 12 zeigt ein Wicklungs Schema bzw. eine Ausführungsform eines Stators 1 mit vier Teil wicklungen TWa-TWd und vier Magnetpolen, d.h. 2 Polpaaren. Die vorhergehend beschrie benen strukturellen Maßnahmen bzw. Regeln sind in analoger Weise bei dieser Ausführungs form anwendbar. Auch hierbei sind die jeweiligen Wicklungsanfänge 2lb der zumindest ei nen weiteren Teilwicklung TWb-TWx innerhalb der Phasenzone Pz derart gewählt, dass eine deutliche Reduzierung der elektrischen Potentialdifferenzen DU zwischen zwei benachbarten Leiterabschnitten innerhalb der jeweiligen Aufnahmenuten 4 auftritt. Diese Reduzierung der Spannungsbelastung der Isolationsschicht 9 kann dabei je nach Wicklungs Schema 50%, oder mehr als 50%, insbesondere etwa 66% betragen, wie dies aus Fig. 13 entnehmbar ist.
Entsprechend einer praktikablen Ausführungsform kann auch eine Mischverwendung von in Fig. 4 beispielhaft gezeigten Hair-Pins und von in Fig. 5 beispielhaft gezeigten I-Pins zum Aufbau der Statorwicklung 14 vorgesehen sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erste und der letzte Leiterabschnitt La, Lb von zumindest einer der Teilwicklungen TWa- TWx, insbesondere von allen Teilwicklungen TWa-TWx der Statorwicklung 14, jeweils durch einen I-Pin, insbesondere durch I-förmige Formstäbe, gebildet sind. Hingegen sind alle dazwischen angeordneten Leiterab schnitte La, Lb als elektrisch in Serie geschaltete Hair-Pins, insbesondere als U-förmige Formstabpaare 16, ausgeführt.
Das vorgestellte Wickelschema bzw. die angegebene Statorwicklung 14 und der damit aufge baute Stator 1 sind in Zusammenhang mit einem innenliegenden Rotor bzw. Innenläufer-Mo- tor beschrieben und veranschaulicht worden. Diese Wicklungstechnologie kann aber auch für einen innenliegenden Stator und einen außen umlaufenden Rotor (Außenläufer-Motor) ange wandt werden.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten dersel ben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausfüh rungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmals kombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie len können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen wer den.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verste hen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert darge stellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung
1 Stator PW Phasenwicklung
2 Blechpaket TWa, TWb Teilwicklungen
3 Längsachse TWc, TWd Teilwicklungen
4 Nut WSa erstes Wicklungssegment
5 Luftspalt WSb zweites Wicklungs segment
6 Zahnkopf WSc drittes Wicklungs segment
7 Nutgrund L Lagen
8 elektrischer Leiter La, Lb Leiterab schnitte
9 Isolationsschicht VBa, VBb elektrische Verbindungsab
10 Umf ang srichtung schnitte
11 Längsrichtung VBc, VBc elektrische Verbindungsab 12 Radialrichtung schnitte
l3a, l3b axiale S timenden WAa erste Wicklungsachse
14 Statorwicklung WAb zweite Wicklungsachse
15 S chleifenwicklung WAc dritte Wicklungsachse
16 Formstabpaar Pz Phasenzone
l7a, l7b Strompfade
l7c Strompfad
l8a, l8b Radialrichtungen
l9a, l9b Polabschnitte
20a, 20b erste Erstreckungsweiten
20c zweite Erstreckungsweite
20d dritte Erstreckungsweite
; 2la, 2lb Wicklungsanfang
22 Wicklungsanfang
23 Wicklungsende
24 Wicklungsende
25 Wicklungsanfang
; 26a, 26b Wicklungsende
27 Ebene
28 Umformungsabschnitt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Stator (1) für eine elektrische Maschine, umfassend
- ein im wesentlichen hohlzylindrisches Blechpaket (2) mit einem ersten und einem zweiten axialen Stirnende (l3a, l3b) und mit mehreren entlang einer Kreisumfangsrichtung (10) des Blechpakets (2) verteilt angeordneten und sich entlang einer Längsachse (3) des Blechpakets (2) erstreckenden Aufnahmenuten (4),
- mehrere durch Formstäbe gebildete elektrische Leiterabschnitte (La, Lb) je Aufnahmenut (4), welche Leiterab schnitte (La, Lb) durch vorbestimmte elektrische Verbindungen eine Statorwicklung (14) ausbilden, welche Statorwicklung (14) mehrere in radialer Richtung zur Längsachse (3) des Blechpakets (2) unmittelbar benachbarte Lagen (L) aus Leiterab schnitten (La, Lb) aufweist,
- wobei die Statorwicklung (14) zumindest zwei elektrische Teilwicklungen (TWa, TWb, TWc, TWd) pro Phasenwicklung (PW) umfasst, welche Teilwicklungen (TWa, TWb, TWc, TWd) durch mehre in Reihe geschaltete Leiterabschnitte (La, Lb) gebildet sind, wobei erste und zweite elektrische Verbindungsabschnitte (VBa, VBb) zwischen elektrisch in Reihe ge schalteten Leiterab schnitten (La, Lb) dem ersten und dem zweiten axialen Stimende (l3a, l3b) des Blechpakets (2) zugeordnet sind, und wobei zwei in Reihe geschaltete Leiterab schnitte (La, Lb) ein Formstabpaar (16) definieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die zumindest zwei elektrischen Teilwicklungen (TWa, TWb, TWc, TWd) jeweils zumin dest durch ein erstes und ein zweites elektrisch in Serie geschaltetes Wicklungssegment (WSa, WSb) gebildet sind, wobei Leiterabschnitte (La, Lb) des ersten Wicklungssegments (WSa) mittels den ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitten (VBa, VBb) derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass ein schraubenlinienförmiger Strompfad (l7a) ent lang einer ersten Radialrichtung (l8a) zur Längsachse (3) des Blechpakets (2) definiert ist und Leiterabschnitte (La, Lb) des zweiten Wicklungssegments (WSb) mittels den ersten und zwei ten elektrischen Verbindungsabschnitten (VBa, VBb) derart elektrisch miteinander verbunden sind, dass ein zweiter schraubenlinienförmiger Strompfad (l7b) entlang einer entgegengesetz ten, zweiten Radialrichtung (l8b) zur Längsachse (3) des Blechpakets (2) definiert ist.
2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom ersten und zweiten Wicklungssegment (WSa und WSb) zwei in Kreisumfangsrichtung (10) des Blechpakets (2) unmittelbar aufeinanderfolgende magnetische Polabschnitte (l9a, l9b) überspannt werden.
3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wick lungssegment (WSa) und das zweite Wicklungs segment (WSb) in Bezug auf ihre schraubenli nienförmigen Strompfade (l7a, l7b) jeweils unmittelbar aufeinanderfolgende Leiterab schnitte (La, Lb) aufweisen, welche unmittelbar aufeinanderfolgenden Leiterab schnitte (La, Lb) je weils um einen Lagensprung mit einem Sprungweitenbetrag„Eins“ in radialer Richtung zur Längsachse (3) des Blechpakets (2) zueinander versetzt angeordnet sind.
4. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung von ungesehnten Teilwicklungen (TWa, TWb, TWc, TWd) die ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitte (VBa, VBb) je Wicklungssegment (WSa, WSb) identische erste Erstreckungsweiten (20a, 20b) zwischen in Kreisumfangrichtung (10) vonei nander beabstandeten, elektrisch in Reihe geschalteten Leiterabschnitten (La, Lb) aufweisen.
5. Stator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Verbin dung zwischen dem ersten Wicklungssegment (WSa) und dem zweiten Wicklungs segment (WSb) ein dritter elektrischer Verbindungsabschnitt (VBc) ausgebildet ist, welcher dritte elektrische Verbindungsabschnitt (VBc) im Vergleich zum ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitt (VBa, VBb) eine größere oder kleinere zweite Erstreckungsweite (20c) aufweist.
6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aus bildung von gesehnten Teilwicklungen (TWa, TWb, TWc, TWd) erste und zweite elektrische Verbindungsabschnitte (VBa, VBb) in jedem ihrer Wicklungs Segmente (WSa, WSb) zueinan der unterschiedliche erste Erstreckungsweiten (20a und 20b) zwischen in Kreisumfangrich tung (10) voneinander beabstandeten, elektrisch in Reihe geschalteten Leiterab schnitten (La, Lb) aufweisen.
7. Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an verkürzten oder verlängerten zweiten Verbindungsabschnitten (VBb) in jeder der Teilwicklungen (TWa, TWb, TWc, TWd), welche verkürzten oder verlängerten zweiten Verbindungsabschnitte (VBb) im Vergleich zu den ersten Verbindungsabschnitten (VBa) kürzer oder länger ausgebil det sind, identisch zur Bruchlochzahl q des Stators (1) ist, insbesondere identisch ist zur An zahl der Aufnahmenuten (4) pro magnetischem Polabschnitt (l9a oder l9b), pro Phasenwick lung (PW) und pro Teilwicklung (TWa, TWb, TWc, TWd).
8. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Wicklungs segment (WSc) vorgesehen ist, welches elektrisch in Serie mit dem zweiten Wicklungs segment (WSb) geschaltet ist und dem ersten Wicklungs segment (WSa) zum überwiegenden Teil überlagert ist, insbesondere indem eine dritte Wicklungsachse (WAc) des dritten Wicklungs segments (WSc) um wenigstens eine bis maximal sechs in Kreisumfangsrichtung (10) des Blechpakets (2) unmittelbar aufeinanderfolgende Aufnahme nuten (4) gegenüber einer ersten Wicklungsachse (WAa) des ersten Wicklungssegments (WSa) seitenversetzt ist.
9. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Verbin dung zwischen dem zweiten Wicklungssegment (WSb) und dem dritten Wicklungssegment (WSc) ein vierter elektrischer Verbindungsabschnitt (VBd) ausgebildet ist, welcher vierte elektrische Verbindungsabschnitt (VBd) im Vergleich zum ersten und zweiten elektrischen Verbindungsabschnitt (VBa, VBb) eine kleinere oder größere dritte Erstreckungsweite (20d) aufweist.
10. Stator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein verkürzter oder vergrö ßerter vierter elektrischer Verbindungsabschnitt (VBd) ausschließlich bei einer ganzzahligen Bruchlochzahl q größer Zwei ausgebildet ist.
11. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Wicklungs Segmente (WSa, WSb, WSc) identisch ist zur Bruchlochzahl q des Stators (1), insbesondere identisch ist zur Anzahl der Aufnahmenuten (4) pro magnetischem Polabschnitt (l9a oder l9b), pro Phasenwicklung (PW) und pro Teilwicklung (TWa, TWb, TWc, TWd).
12. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom ersten Wicklung s segment (WSa) definierte Strompfad (l7a) entweder (i) ausgehend von der radial innersten Lage (Ll) von Leiterab schnitten (La, Lb) zur radial äußersten Lage (L8) von Leiterabschnitten (La, Lb) führt, oder vice versa (ii) ausgehend von der radial äu ßersten Lage (L8) von Leiterab schnitten (La, Lb) zur radial innersten Lage (Ll) von Leiterab schnitten (La, Lb) führt, anschließend ohne einem Versatz in der Lage (L), insbesondere ohne Lagensprung bzw. ohne einem Wechsel in der Lage (L), mittels einem dritten elektrischen Verbindungsabschnitt (VBc) zum zweiten Wicklungs segment (WSb) geführt ist, und dass der Strompfad (l7b) im zweiten Wicklungssegment (WSb) entweder (i) ausgehend von der radial äußersten Lage (L8) von Leiterab schnitten (La, Lb) zur radial innersten Lage (Ll) von Leiter abschnitten (La, Lb) geführt ist, oder vice versa (ii) ausgehend von der radial innersten Lage (Ll) von Leiterabschnitten (La, Lb) zur radial äußersten Lage (L8) von Leiterabschnitten (La, Lb) geführt ist.
13. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei in den elektrischen Strompfaden (l7a, l7b) unmittelbar aufeinanderfolgende Lei terabschnitte (La, Lb) und jeweils ein diese Leiterabschnitte elektrisch jeweils verbindender erster Verbindungsabschnitt (VBa) einteilig ausgebildet sind, insbesondere durch einen soge nannten Hair-Pin gebildet sind.
14. Stator nach einem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbin dungsabschnitt (VBa) in dessen mittleren Abschnitt in Bezug auf eine senkrecht zur Längs mittelachse (2) des Blechpakets (3) verlaufende Ebene (27) einen im wesentlichen S- oder Z- förmigen Umformungsabschnitt (28) aufweist.
15. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Aufnahmenuten (4) des Blechpakets (2) durch Leiterabschnitte (La, Lb) aus genau zwei parallel angeordneten Teilwicklungen (TWa, TWb; TWc, TWd) in Bezug auf die Radi alrichtung zur Längsachse (3) des Blechpakets (2) vollständig ausgefüllt ist.
16. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wicklungssegment (WSa) und das zweite Wicklungs segment (WSb) ausgehend von deren jeweiligen Wicklungsanfängen (21, 22) in Richtung zu deren jeweiligen Wicklungsen den (23, 24) jeweils gleichsinnig gewickelt, beispielsweise jeweils rechtsdrehend gewickelt sind.
17. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wicklungs Segmente (WSa, WSb, WSc) einer mehrfach segmentierten Teilwicklung (TWa, TWb, TWc, TWc) elektrisch in Serie geschaltet sind und ausgehend von deren jeweili gen Wicklungsanfängen (21, 22, 25) in Richtung zu deren jeweiligen Wicklungsenden (23,
24, 26) jeweils gleichsinnig gewickelt, beispielsweise jeweils rechtsdrehend gewickelt sind.
18. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsanfang (2la) der ersten Teilwicklung (TWa) und ein Wicklungsanfang (2lb) einer weiteren Teilwicklung (TWb, TWc, TWd), welche zur ersten Teilwicklung (TWa) elektrisch in Serie oder elektrisch parallel geschaltet ist oder schaltbar ist, derart positioniert sind, dass deren Wicklungsanfänge (2la, 2lb) in Aufnahmenuten (4) angeordnet sind, welche derselben Phasenzone (Pz) angehören.
19. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsanfang (2la) der ersten Teilwicklung (TWa) und ein Wicklungsanfang (2lb) einer weiteren Teilwicklung (TWb, TWc, TWd), welche zur ersten Teilwicklung (TWa) elektrisch in Serie oder elektrisch parallel geschaltet ist oder schaltbar ist, in derselben Auf nahmenut (4) positioniert sind.
20. Stator nach zumindest einem der Ansprüche 18, 19, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf Aufnahmenuten (4) mit dort ausgeführten Wicklungsanfängen (2la, 2lb; Al,
B l, Cl, Dl) oder dort ausgeführten Wicklungsenden (26a, 26b; A12, B 12, C12, D12) jeweils nur Wicklungsanfänge (2la, 2lb; Al, B l; Al, Dl; B l, Cl) oder jeweils nur Wicklungsenden (26a, 26b; A12, B 12; C12, D12) ausgeführt sind.
21. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der letzte Leiterabschnitt (La, Lb) von zumindest einer der Teilwicklungen (TWa, TWb, TWc, TWd) jeweils durch einen I-Pin, insbesondere durch I-förmige Formstäbe, gebildet ist und alle dazwischen angeordneten Leiterabschnitte (La, Lb) als elektrisch in Serie geschaltete Hair-Pins, insbesondere als U-förmige Lormstabpaare (16), ausgeführt sind.
22. Elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
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